(57)【要約】【課題】電磁波解析装置及びその解析方法を提供する。【解決手段】電磁波解析、特に、光学素子内で進む電磁波に対する解析を速い速度で遂行しつつも、正確に行うことができる電磁波解析装置及びその解析方法を提供し、該電磁波解析装置は、解析対象に係わる解析構造を形成する構造形成シミュレーション装置と、構造形成シミュレーション装置から解析構造を入力されて前記解析構造を分割し、分割された各部分で、金属物質または磁気物質が含まれるか否かを判断し、ＢＰＭ（beam propagation method）またはＦＤＴＤ（finite difference time domain）法を選択的に適用し、電場に係わる時間非依存データ及び時間依存データを計算するハイブリッド光シミュレーション装置と、ハイブリッド光シミュレーション装置から出力された時間非依存データ及び時間依存データを、複合電場データとして保存する保存装置と、を含む。【選択図】図１
2013007746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
解析対象に係わる解析構造を形成する構造形成シミュレーション装置と、
前記構造形成シミュレーション装置から前記解析構造を入力されて前記解析構造を分割し、分割された各部分で、金属物質または磁気物質が含まれるか否かを判断し、ＢＰＭ（beam propagation method）またはＦＤＴＤ（finite difference time domain）法を選択的に適用し、電場に係わる時間非依存データ及び時間依存データを計算するハイブリッド光シミュレーション装置と、
前記ハイブリッド光シミュレーション装置から出力された前記時間非依存データ及び時間依存データを、複合電場データとして保存する保存装置と、を含む電磁波解析装置。
【請求項２】
前記ハイブリッド光シミュレーション装置は、
前記解析構造を入力される受信部と、
前記解析構造に基づいて、初期光源発生を設定する光源設定部と、
前記ＢＰＭによって、前記時間非依存データを計算するＢＰＭシミュレーション部と、
前記ＦＤＴＤ法によって、前記時間依存データを計算するＦＤＴＤシミュレーション部と、
前記分割された各部分で、金属物質または磁気物質が含まれているか否かを判断する物質判断部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の電磁波解析装置。
【請求項３】
前記ＢＰＭシミュレーション部は、
前記解析構造について、前記分割に対応するＢＰＭグリッドを形成するＢＰＭグリッド形成部と、
光が進む方向に垂直であるＢＰＭグリッドの各面で、前記ＢＰＭによって電場を計算するＢＰＭ計算部と、を含み、
前記ＦＤＴＤシミュレーション部は、
前記解析構造について、前記ＦＤＴＤ法のためのＦＤＴＤグリッドを形成するＦＤＴＤグリッド形成部と、
光が進む方向に垂直であるＦＤＴＤグリッドの各面で、前記ＦＤＴＤ法によって電場及び磁場を計算するＦＤＴＤ計算部と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の電磁波解析装置。
【請求項４】
前記ＦＤＴＤグリッド形成部は、前記物質判断部で、前記ＢＰＭグリッド面に金属物質または磁気物質が含まれていると判断した場合、前記ＦＤＴＤ法を適用するためのＦＤＴＤグリッドを形成し、
前記ＦＤＴＤ計算部は、計算された前記電場及び磁場で、前記電場だけを前記時間依存データとして前記保存装置に伝達することを特徴とする請求項３に記載の電磁波解析装置。
【請求項５】
前記物質判断部は、
前記分割された各部分に対応するＢＰＭグリッドの各面で、屈折率計算を介して、前記金属物質または磁気物質が含まれているか否かを判断することを特徴とする請求項２に記載の電磁波解析装置。
【請求項６】
前記ハイブリッド光シミュレーション装置は、
前記ＦＤＴＤ法の使用を決定するＦＤＴＤ使用決定部を含み、
前記ハイブリッド光シミュレーション装置は、
前記ＢＰＭを基本モードとして使用するが、前記ＦＤＴＤ使用決定部での決定によって、前記ＢＰＭまたはＦＤＴＤ法を選択的に使用することを特徴とする請求項１に記載の電磁波解析装置。
【請求項７】
前記ハイブリッド光シミュレーション装置は、
前記解析構造について、光が進む方向に前記分割された各部分に対応するＢＰＭグリッド各面に対し、順次に前記ＢＰＭによって、前記時間非依存データを計算するが、金属物質または磁気物質が含まれたＢＰＭグリッド面では、前記ＦＤＴＤ法のためのＦＤＴＤグリッドを形成し、前記ＦＤＴＤグリッド各面に対して前記時間依存データを計算し、
前記ＦＤＴＤグリッド面が終われば、次の前記ＢＰＭグリッド面に係わる前記時間非依存データを計算することを特徴とする請求項１に記載の電磁波解析装置。
【請求項８】
前記ＢＰＭグリッド各面で計算された前記時間非依存データ、または前記ＦＤＴＤグリッド各面で計算された前記時間依存データは、リアルタイムで順次に、前記複合電場データとして前記保存装置に保存され、
前記ＢＰＭグリッド面それぞれで計算された前記時間非依存データ、または前記ＦＤＴＤグリッド面それぞれで計算された前記時間依存データは、リアルタイムで順次に、前記複合電場データとして臨時保存装置に保存され、
全体解析構造全体に対する解析が終了すれば、前記複合電場データは、前記臨時保存装置から前記保存装置に伝達されて保存されることを特徴とする請求項７に記載の電磁波解析装置。
【請求項９】
前記時間非依存データは、前記ＢＰＭグリッド面で時間によって不変の電場に係わるデータであり、
前記時間依存データは、前記ＦＤＴＤグリッド面で時間によって変わる電場に係わるデータであることを特徴とする請求項７に記載の電磁波解析装置。
【請求項１０】
前記構造形成シミュレーション装置は、
前記解析対象の全体または一部に対し、前記解析構造を形成することを特徴とする請求項１に記載の電磁波解析装置。
【請求項１１】
前記構造形成シミュレーション装置は、
前記保存装置からの前記複合電場データに基づいて、前記解析構造を変換させることを特徴とする請求項１０に記載の電磁波解析装置。
【請求項１２】
前記解析対象が対する素子についての情報を入力するユーザ・インターフェースを含み、
前記構造形成シミュレーション装置は、前記ユーザ・インターフェースから入力された前記素子についての情報によって、前記解析構造を形成し、
前記保存装置は、前記構造形成シミュレーション装置及び前記ハイブリッド光シミュレーション装置に要求されるデータを供給することを特徴とする請求項１に記載の電磁波解析装置。
【請求項１３】
前記解析対象は、電磁波が内部に進む構造を有するあらゆる光学素子であることを特徴とする請求項１に記載の電磁波解析装置。
【請求項１４】
解析対象に係わる解析構造を形成する構造形成シミュレーション装置と、
前記構造形成シミュレーション装置から前記解析構造を入力され、ＢＰＭだけを使用するＢＰＭモード、ＦＤＴＤ法だけを使用するＦＤＴＤモード、及び前記ＢＰＭとＦＤＴＤ法とを複合的に使用するハイブリッドモードのうちいずれか１つのモードを利用し、電場に係わるデータを計算するハイブリッド光シミュレーション装置と、
前記ハイブリッド光シミュレーション装置から出力された前記電場に係わるデータを保存する保存装置と、を含む電磁波解析装置。
【請求項１５】
前記ハイブリッド光シミュレーション装置は、
前記解析構造を入力される受信部と、
前記解析構造に基づいて、初期光源発生を設定する光源設定部と、
前記ＢＰＭ（beam propagation method）モード、前記ＦＤＴＤ（finite difference time domain）モード、及び前記ハイブリッドモードのうちいずれか一つを選択するモード選択部と、
前記ＢＰＭによって、時間非依存データを計算するＢＰＭシミュレーション部と、
前記ＦＤＴＤ法によって、時間依存データを計算するＦＤＴＤシミュレーション部と、
前記解析構造の分割された各部分で、金属物質または磁気物質が含まれているか否かを判断する物質判断部と、を含むことを特徴とする請求項１４に記載の電磁波解析装置。
【請求項１６】
前記モード選択部で、前記ＢＰＭモードが選択された場合、前記ＢＰＭシミュレーション部だけ動作し、前記ＦＤＴＤモードが選択された場合、前記ＦＤＴＤシミュレーション部だけ動作し、前記ハイブリッドモードが選択された場合、前記ＢＰＭシミュレーション部及びＦＤＴＤシミュレーション部いずれも動作し、
前記ＢＰＭモードまたは前記ＦＤＴＤモードが選択された場合、前記物質判断部は、動作しないことを特徴とする請求項１５に記載の電磁波解析装置。
【請求項１７】
前記ハイブリッド光シミュレーション装置は、
前記解析構造の複雑度を判断する構造複雑度決定部をさらに含み、
前記モード選択部は、前記構造複雑度決定部からの複雑度程度によって、前記ＢＰＭモード、ＦＤＴＤモード及びハイブリッドモードのうちいずれか一つを選択することを特徴とする請求項１５に記載の電磁波解析装置。
【請求項１８】
解析対象に係わる解析構造を形成する構造形成シミュレーション装置と、
前記構造形成シミュレーション装置から前記解析構造を入力され、前記解析構造に係わる誘電体物質部分と、金属物質または磁気物質を含む部分とについての情報に基づいて、ＢＰＭとＦＤＴＤ法とを選択的に適用し、電場に係わる時間非依存データ及び時間依存データを計算するハイブリッド光シミュレーション装置と、
前記ハイブリッド光シミュレーション装置から出力された前記時間非依存データ及び時間依存データを、複合電場データとして保存する保存装置と、を含む電磁波解析装置。
【請求項１９】
前記ハイブリッド光シミュレーション装置は、
前記解析構造を入力される受信部と、
前記解析構造に基づいて、初期光源発生を設定する光源設定部と、
前記解析構造について、前記誘電体物質部分と、前記金属物質または磁気物質を含む部分とについての情報を有するセクタ情報部と、
前記ＢＰＭ（beam propagation method）によって、前記時間非依存データを計算するＢＰＭシミュレーション部と、
前記ＦＤＴＤ（finite difference time domain）法によって、前記時間依存データを計算するＦＤＴＤシミュレーション部と、を含むことを特徴とする請求項１８に記載の電磁波解析装置。
【請求項２０】
前記セクタ情報部の情報に基づいて、
前記ＢＰＭシミュレーション部は、前記誘電体物質部分に対して、前記ＢＰＭによって、前記時間非依存データを計算し、
前記ＦＤＴＤシミュレーション部は、前記金属物質または磁気物質を含む部分に対して、前記時間依存データを計算することを特徴とする請求項１９に記載の電磁波解析装置。
【請求項２１】
構造形成シミュレーション装置で、解析対象に係わる解析構造を形成する段階と、
ハイブリッド光シミュレーション装置で、前記解析構造を入力され、前記解析構造について、ＢＰＭ（beam propagation method）及びＦＤＴＤ（finite difference time domain）法を選択的に適用し、電場に係わる時間依存データ及び時間非依存データのうち少なくとも一つを計算する段階と、
前記ハイブリッド光シミュレーション装置から出力された前記時間依存データ及び時間非依存データのうち少なくとも一つを、複合電場データとして保存装置に保存する段階と、を含む電磁波解析方法。
【請求項２２】
前記少なくとも一つを計算する段階は、
前記解析構造を入力される段階と、
前記解析構造に基づいて、光源発生を設定する段階と、
前記光源で生じた光が進む方向に沿って、前記解析構造の分割された各部分で、金属物質または磁気物質が含まれているか否かを判断する段階と、
前記判断段階の判断によって、前記ＢＰＭまたはＦＤＴＤ法によって、前記分割された各部分に係わる前記時間非依存データまたは時間依存データを選択的に計算する段階と、を含むことを特徴とする請求項２１に記載の電磁波解析方法。
【請求項２３】
前記判断段階及び選択的に計算する段階は、
ＢＰＭシミュレーション部で、前記ＢＰＭのためのＢＰＭグリッドを形成する段階と、
前記光が進む方向に垂直である初期面Ｚ０で光を発生させる段階と、
前記ＢＰＭグリッドの各面に係わる変数であるｋ（ｋは整数）に１を代入する段階と、
前記ＢＰＭグリッドのｋ番目の面Ｚｋに、前記金属物質または磁気物質が含まれているか否かを判断する第１判断段階と、
前記ｋ番目の面が、前記金属物質または磁気物質を含まない場合、前記ｋ番目の面に対し、前記ＢＰＭによって、前記時間非依存データを計算する段階と、
前記ｋ番目の面が、前記ＢＰＭグリッドの終わりであるか否かを判断する第２判断段階と、
前記ＢＰＭグリッドの終わりではない場合、前記ｋを１増加させる段階と、を含み、
前記ｋを１増加させる段階後に、前記第１判断段階に進むことを特徴とする請求項２２に記載の電磁波解析方法。
【請求項２４】
前記ｋ番目の面が、前記金属物質または磁気物質を含む場合、
ＦＤＴＤシミュレーション部で、前記ＦＤＴＤ法のためのＦＤＴＤグリッドを形成する段階と、
前記ＦＤＴＤグリッドに対して、前記ＦＤＴＤ法によって、前記時間依存データを計算する段階と、を含み、
前記時間依存データを計算する段階後に、前記第２判断段階に進むことを特徴とする請求項２３に記載の電磁波解析方法。
【請求項２５】
前記ＦＤＴＤグリッドは、前記ＢＰＭグリッドより小さい間隔で形成され、
前記時間依存データを計算する段階で、
前記ｋ番目の面に対して、前記ＦＤＴＤ法によって電場及び磁場を計算するが、前記電場及び磁場で、前記電場だけを前記時間依存データとして保存することを特徴とする請求項２４に記載の電磁波解析方法。
【請求項２６】
前記判断段階で、屈折率計算を介して、前記金属物質または磁気物質が含まれているかを判断することを特徴とする請求項２２に記載の電磁波解析方法。
【請求項２７】
前記少なくとも一つを計算する段階は、
前記解析構造を入力される段階と、
前記解析構造に基づいて、光源発生を設定する段階と、
前記ＢＰＭだけを使用するＢＰＭモード、前記ＦＤＴＤ法だけを使用するＢＰＭモード、及び前記ＢＰＭとＦＤＴＤ法とを複合的に使用するハイブリッドモードのうちいずれか一つを選択する段階と、
前記選択いかんによって、前記ＢＰＭ及びＦＤＴＤ法のうち少なくとも１つの方法によって、前記複合電場データを計算する段階と、を含むことを特徴とする請求項２１に記載の電磁波解析方法。
【請求項２８】
前記選択する段階で、前記ハイブリッドモードを選択した場合、
前記光源で生じた光が進む方向に沿って、前記解析構造の分割された各部分で、金属物質または磁気物質が含まれているか否かを判断する段階をさらに含み、
前記複合電場データを計算する段階で、
前記金属物質または磁気物質の包含いかんによって、前記ＢＰＭまたは前記ＦＤＴＤ法を選択的に適用し、前記複合電場データを計算することを特徴とする請求項２７に記載の電磁波解析方法。
【請求項２９】
前記選択する段階以前に、
前記解析構造の複雑度を判断する段階を含み、
前記選択する段階で、前記複雑度によって、前記いずれか一つを選択することを特徴とする請求項２７に記載の電磁波解析方法。
【請求項３０】
前記少なくとも一つを計算する段階は、
前記解析構造を入力される段階と、
前記解析構造に基づいて、光源発生を設定する段階と、
ＢＰＭシミュレーション部で、前記ＢＰＭのためのＢＰＭグリッドを形成する段階と、
前記ＦＤＴＤ法を使用するか否かを判断する段階と、
前記判断段階の判断によって、前記ＢＰＭだけを使用するか、または前記ＢＰＭ及びＦＤＴＤ法を複合的に使用し、前記複合電場データを計算する段階と、を含むことを特徴とする請求項２１に記載の電磁波解析方法。
【請求項３１】
前記少なくとも一つを計算する段階は、
前記解析構造を入力される段階と、
前記解析構造に基づいて、光源発生を設定する段階と、
前記解析構造に係わって、誘電体物質部分と、金属物質または磁気物質を含む部分とについての情報を入力される段階と、
前記情報に基づいて、前記誘電体物質部分は、前記ＢＰＭによって、また前記金属物質または磁気物質を含む部分は、前記ＦＤＴＤ法によって、前記複合電場データを計算する段階と、を含むことを特徴とする請求項２１に記載の電磁波解析方法。
【請求項３２】
光が進む方向に沿って、前記解析構造の分割された各部分で計算された前記時間非依存データまたは前記時間依存データを、前記複合電場データとして、前記保存装置にリアルタイムで順次に保存し、または前記複合電場データを、臨時保存装置に保存し、全体解析構造全体に対する解析が終了すれば、前記臨時保存装置から前記保存装置に伝達して保存することを特徴とする請求項２１に記載の電磁波解析方法。
【請求項３３】
前記構造形成シミュレーション装置は、前記解析対象の全体または一部に対して、前記解析構造を形成し、前記保存装置に保存された前記複合電場データを、前記解析構造の変換のために利用することを特徴とする請求項２１に記載の電磁波解析方法。
【請求項３４】
分析される物理的対象内の金属及び磁気物質に対して、第１電磁波分析技術を遂行し、分析される物理的対象内の非金属物質及び非磁気物質に対して、前記第１電磁波分析技術と異なる第２電磁波分析技術を遂行するように構成されたハイブリッド光シミュレータと、
分析される物理的対象内の金属及び磁気物質に対して遂行された第１電磁波分析技術、及び分析される物理的対象内の非金属物質及び非磁気物質に対して遂行された第２電磁波分析技術の結果を合わせ、前記物理的対象によって生じた電磁波を分析するように構成された結合器と、を含む電磁波分析装置。
【請求項３５】
前記第１電磁波分析技術は、時間依存電磁波分析技術を含み、前記第２電磁波分析技術は、時間非依存電磁波分析技術を含むことを特徴とする請求項３４に記載の電磁波分析装置。
【請求項３６】
前記第１電磁波分析技術は、ＦＤＴＤ（finite difference time domain）電磁波分析技術を含み、前記第２電磁波分析技術は、ＢＰＭ（beam propagation method）電磁波分析技術を含むことを特徴とする請求項３４に記載の電磁波分析装置。
【請求項３７】
前記ハイブリッド光シミュレータは、分析される対象の分析構造を入力され、前記分析構造内で、金属及び磁気物質に対して、第１電磁波分析技術を遂行し、前記分析構造内で、非金属物質及び非磁気物質に対して、第２電磁波分析技術を遂行するように構成されたことを特徴とする請求項３４に記載の電磁波分析装置。
【請求項３８】
分析される物理的対象内の金属及び磁気物質に対する第１電磁波分析技術を遂行する段階と、
分析される物理的対象内の非金属物質及び非磁気物質に対して、第１電磁波分析技術と異なる第２電磁波分析技術を遂行する段階と、
分析される物理的対象内の金属及び磁気物質に対して遂行された第１電磁波分析技術、及び分析される物理的対象内の非金属物質及び非磁気物質に対して遂行された第２電磁波分析技術の結果を合わせ、それによって、前記物理的対象によって生じた電磁波を分析する段階と、を含み、
前記第１電磁波分析技術の遂行、前記第２電磁波分析技術の遂行、及び前記結果の合成は、データプロセッサで行われることを特徴とする電磁波分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波解析装置及びその解釈方法に係り、特に、金属部分と非金属部分とを区別して電磁波を解析することができる電磁波解析装置及びその解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ技術の発達によって、電磁場問題の解析方式に多くの変化が起きている。すなわち、現在、電磁波分野のエンジニアは、複雑な電磁波問題の解析において、コンピュータ技術に全面的に依存している。究極的には、ほとんどの電磁波解析問題は、１つあるいは２つの偏微分方程式を解くということを意味するが、実質的には、きわめて少数の問題のみコンピュータの助けなしに解くことができ、ほとんどの場合は、複雑な境界面での散乱（scattering）、減衰媒質での減衰（loss）、また異方性（anisotropic）媒質での位相遅延のような複雑な解析への要求のために、全面的にコンピュータに依存している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の技術的思想が解決しようとする課題は、電磁波解析、特に、光学素子内を進む電磁波に対する解析を高速で行いつつも、正確に遂行することができる電磁波解析装置及びその解析方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するために、本発明の技術的思想は、解析対象に対する解析構造を形成する構造形成シミュレーション装置；前記構造形成シミュレーション装置から前記解析構造を入力されて前記解析構造を分割し、分割された各部分で、金属物質または磁気物質が含まれているか否かを判断し、ＢＰＭ（beam propagation method）またはＦＤＴＤ（finite difference time domain）法を選択的に適用し、電場に係わる時間非依存データ及び時間依存データを計算するハイブリッド光シミュレーション装置；及び前記ハイブリッド光シミュレーション装置から出力された前記時間非依存データ及び時間依存データを、複合電場データとして保存する保存装置；を含む電磁波解析装置を提供する。
【０００５】
本発明の一実施形態において、前記ハイブリッド光シミュレーション装置は、前記解析構造を入力される受信部；前記解析構造に基づいて、初期光源発生を設定する光源設定部；前記ＢＰＭによって、前記時間非依存データを計算するＢＰＭシミュレーション部；前記ＦＤＴＤ法によって、前記時間依存データを計算するＦＤＴＤシミュレーション部；及び前記分割された各部分で、金属物質または磁気物質が含まれているか否かを判断する物質判断部；を含んでもよい。また、前記ＢＰＭシミュレーション部は、前記解析構造に対して、前記分割に対応するＢＰＭグリッドを形成するＢＰＭグリッド形成部；及び光が進む方向に垂直であるＢＰＭグリッドの各面で、前記ＢＰＭによって電場を計算するＢＰＭ計算部；を含み、前記ＦＤＴＤシミュレーション部は、前記解析構造に対して、前記ＦＤＴＤ法のためのＦＤＴＤグリッドを形成するＦＤＴＤグリッド形成部；及び光が進む方向に垂直であるＦＤＴＤグリッドの各面で、前記ＦＤＴＤ法によって電場及び磁場を計算するＦＤＴＤ計算部；を含んでもよい。
【０００６】
一方、前記ＦＤＴＤグリッド形成部は、前記物質判断部で、前記ＢＰＭグリッド面に金属物質または磁気物質が含まれていると判断した場合、前記ＦＤＴＤ法を適用するためのＦＤＴＤグリッドを形成し、前記ＦＤＴＤ計算部は、計算された前記電場及び磁場で、前記電場だけを前記時間依存データとして前記保存装置に伝達することができる。付け加えて、前記物質判断部は、前記分割された各部分に対応するＢＰＭグリッドの各面で、屈折率計算を介して、前記金属物質または磁気物質が含まれているか否かを判断することができる。
【０００７】
本発明の一実施形態において、前記ハイブリッド光シミュレーション装置は、前記ＦＤＴＤ法の使用を決定するＦＤＴＤ使用決定部を含み、前記ハイブリッド光シミュレーション装置は、前記ＢＰＭを基本モードとして使用するが、前記ＦＤＴＤ使用決定部での決定によって、前記ＢＰＭまたはＦＤＴＤ法を選択的に使用することができる。
【０００８】
本発明の一実施形態において、前記ハイブリッド光シミュレーション装置は、前記解析構造に対して光が進む方向に前記分割された各部分に対応するＢＰＭグリッド各面に対して、順次に前記ＢＰＭによって、前記時間非依存データを計算するが、金属物質または磁気物質が含まれたＢＰＭグリッド面では、前記ＦＤＴＤ法のためのＦＤＴＤグリッドを形成し、前記ＦＤＴＤグリッド各面に対して前記時間依存データを計算し、前記ＦＤＴＤグリッド面が終われば、次の前記ＢＰＭグリッド面に係わる前記時間非依存データを計算することができる。また、前記ＢＰＭグリッド各面で計算された前記時間非依存データ、または前記ＦＤＴＤグリッド各面で計算された前記時間依存データは、リアルタイムで順次に、前記複合電場データとして前記保存装置に保存されるか、あるいは前記ＢＰＭグリッド面それぞれで計算された前記時間非依存データ、または前記ＦＤＴＤグリッド面それぞれで計算された前記時間依存データは、リアルタイムで順次に、前記複合電場データとして臨時保存装置に保存されていて、全体解析構造全体に対する解析が終了すれば、前記複合電場データは、前記臨時保存装置から前記保存装置に伝達されて保存されもする。
【０００９】
本発明の一実施形態において、前記構造形成シミュレーション装置は、前記解析対象の全体または一部に対して、前記解析構造を形成することができ、前記保存装置からの前記複合電場データに基づいて、前記解析構造を変換させることができる。
【００１０】
また、本発明の技術的思想は、前記課題を解決するために、解析対象に対する解析構造を形成する構造形成シミュレーション装置；前記構造形成シミュレーション装置から前記解析構造を入力され、ＢＰＭだけを使用するＢＰＭモード、ＦＤＴＤ法だけを使用するＦＤＴＤモード、及び前記ＢＰＭとＦＤＴＤ法とを複合的に使用するハイブリッドモードのうちいずれか１つのモードを利用し、電場に係わるデータを計算するハイブリッド光シミュレーション装置；及び前記ハイブリッド光シミュレーション装置から出力された前記電場に係わるデータを保存する保存装置；を含む電磁波解析装置を提供する。
【００１１】
本発明の一実施形態において、前記ハイブリッド光シミュレーション装置は、前記解析構造を入力される受信部；前記解析構造に基づいて、初期光源発生を設定する光源設定部；前記ＢＰＭモード、前記ＦＤＴＤモード、及び前記ハイブリッドモードのうちいずれか一つを選択するモード選択部；前記ＢＰＭによって、前記時間非依存データを計算するＢＰＭシミュレーション部；前記ＦＤＴＤ法によって、前記時間依存データを計算するＦＤＴＤシミュレーション部；及び前記解析構造の分割された各部分で、金属物質または磁気物質が含まれているか否かを判断する物質判断部；を含んでもよい。
【００１２】
前記モード選択部で、前記ＢＰＭモードが選択された場合、前記ＢＰＭシミュレーション部だけ動作し、前記ＦＤＴＤモードが選択された場合、前記ＦＤＴＤシミュレーション部だけ動作し、前記ハイブリッドモードが選択された場合、前記ＢＰＭシミュレーション部及びＦＤＴＤシミュレーション部いずれも動作し、前記ＢＰＭモードまたは前記ＦＤＴＤモードが選択された場合、前記物質判断部は、動作しないこともある。
【００１３】
本発明の一実施形態において、前記ハイブリッド光シミュレーション装置は、前記解析構造の複雑度を判断する構造複雑度決定部をさらに含み、前記モード選択部は、前記構造複雑度決定部からの複雑度程度によって、前記ＢＰＭモード、ＦＤＴＤモード及びハイブリッドモードのうちいずれか一つを選択することができる。
【００１４】
さらに本発明の技術的思想は、前記課題を解決するために、解析対象に対する解析構造を形成する構造形成シミュレーション装置；前記構造形成シミュレーション装置から前記解析構造を入力され、前記解析構造に対する誘電体部分と、金属物質または磁気物質を含む部分とについての情報に基づいて、ＢＰＭとＦＤＴＤ法とを選択的に適用し、電場に係わる時間非依存データ及び時間依存データを計算するハイブリッド光シミュレーション装置；及び前記ハイブリッド光シミュレーション装置から出力された前記時間非依存データ及び時間依存データを複合電場データとして保存する保存装置；を含む電磁波解析装置を提供する。
【００１５】
本発明の一実施形態において、前記ハイブリッド光シミュレーション装置は、前記解析構造を入力される受信部；前記解析構造に基づいて、初期光源発生を設定する光源設定部；前記解析構造について、前記誘電体物質部分と、前記金属物質または磁気物質を含む部分とについての情報を有するセクタ情報部；前記ＢＰＭによって、前記時間非依存データを計算するＢＰＭシミュレーション部；及び前記ＦＤＴＤ法によって、前記時間依存データを計算するＦＤＴＤシミュレーション部；を含んでもよい。また、前記セクタ情報部の情報に基づいて、前記ＢＰＭシミュレーション部は、前記誘電体物質部分に対して、前記ＢＰＭによって、前記時間非依存データを計算し、前記ＦＤＴＤシミュレーション部は、前記金属物質または磁気物質を含む部分に対して、前記時間依存データを計算することができる。
【００１６】
本発明の技術的思想は、分析される物理的対象内の金属及び磁気物質に対して、第１電磁波分析技術を遂行し、分析される物理的対象内の非金属物質及び非磁気物質に対し、前記第１電磁波分析技術と異なる第２電磁波分析技術を遂行するように構成されたハイブリッド光シミュレータ；及び分析される物理的対象内の金属及び磁気物質に対して遂行された第１電磁波分析技術、及び分析される物理的対象内の非金属物質及び非磁気物質に対して遂行された第２電磁波分析技術の結果を合わせ、前記物理的対象によって生じた電磁波を分析するように構成された結合器；を含む電磁波分析装置を提供する。
【００１７】
本発明の一実施形態において、前記第１電磁波分析技術は、時間依存電磁波分析技術を含み、前記第２電磁波分析技術は、時間非依存電磁波分析技術を含んでもよい。また、前記第１電磁波分析技術は、ＦＤＴＤ電磁波分析技術を含み、前記第２電磁波分析技術は、ＢＰＭ電磁波分析技術を含んでもよい。さらに、前記ハイブリッド光シミュレータは、分析される対象の分析構造を入力され、前記分析構造内で金属及び磁気物質に対して、第１電磁波分析技術を遂行し、前記分析構造内で非金属物質及び非磁気物質に対して、第２電磁波分析技術を遂行するように構成される。
【００１８】
一方、本発明の技術的思想は、前記課題を解決するために、構造形成シミュレーション装置で、解析対象に係わる解析構造を形成する段階と、ハイブリッド光シミュレーション装置で、前記解析構造を入力され、前記解析構造に対して、ＢＰＭ及びＦＤＴＤ法を選択的に適用し、電場に係わる時間依存データ及び時間非依存データのうち少なくとも一つを計算する段階と、及び前記ハイブリッド光シミュレーション装置から出力された前記時間依存データ及び時間非依存データのうち少なくとも一つを、複合電場データとして保存装置に保存する段階と、を含む電磁波解析方法を提供する。
【００１９】
本発明の一実施形態において、前記少なくとも一つを計算する段階は、前記解析構造を入力される段階と、前記解析構造に基づいて光源発生を設定する段階と、前記光源で生じた光が進む方向に沿って、前記解析構造の分割された各部分で、金属物質または磁気物質が含まれているか否かを判断する段階と、前記判断段階の判断によって、前記ＢＰＭまたはＦＤＴＤ法によって、前記分割された各部分に係わる前記時間非依存データまたは時間依存データを選択的に計算する段階と、を含んでもよい。
【００２０】
また、前記判断段階及び選択的に計算する段階は、ＢＰＭシミュレーション部で、前記ＢＰＭのためのＢＰＭグリッドを形成する段階と、前記光が進む方向に垂直である初期面（Ｚ０）で光を発生させる段階と、前記ＢＰＭグリッドの各面に係わる変数であるｋ（ｋは整数）に１を代入する段階と、前記ＢＰＭグリッドのｋ番目の面Ｚｋに、前記金属物質または磁気物質が含まれているか否かを判断する第１判断段階と、前記ｋ番目の面が、前記金属物質または磁気物質を含まない場合、前記ｋ番目の面に対して、前記ＢＰＭによって、前記時間非依存データを計算する段階と、前記ｋ番目の面が、前記ＢＰＭグリッドの終わりであるか否かを判断する第２判断段階と、前記ＢＰＭグリッドの終わりではない場合、前記ｋを１増加させる段階と、を含み、前記ｋを１増加させる段階後に、前記第１判断段階に進むことができる。
【００２１】
一方、前記ｋ番目の面が、前記金属物質または磁気物質を含む場合、ＦＤＴＤシミュレーション部で、前記ＦＤＴＤ法のためのＦＤＴＤグリッドを形成する段階と、前記ＦＤＴＤグリッドに対して、前記ＦＤＴＤ法によって、前記時間依存データを計算する段階と、を含み、前記時間依存データを計算する段階後に、前記第２判断段階に進むことができる。また、前記ＦＤＴＤグリッドは、前記ＢＰＭグリッドより小さい間隔で形成され、前記時間依存データを計算する段階で、前記ｋ番目の面に対し、前記ＦＤＴＤ法によって電場及び磁場を計算するが、前記電場及び磁場で、前記電場だけを前記時間依存データとして保存することができる。前記判断段階で、屈折率計算を介して、前記金属物質または磁気物質が含まれているかを判断することができる。
【００２２】
本発明の一実施形態において、前記少なくとも一つを計算する段階は、前記解析構造を入力される段階と、前記解析構造に基づいて、光源発生を設定する段階と、前記ＢＰＭだけを使用するＢＰＭモード、前記ＦＤＴＤ法だけを使用するＢＰＭモード、及び前記ＢＰＭとＦＤＴＤ法とを複合的に使用するハイブリッドモードのうちいずれか一つを選択する段階と、前記選択いかんによって、前記ＢＰＭ及びＦＤＴＤ法のうち少なくとも１つの方法によって、前記複合電場データを計算する段階と、を含んでもよい。
【００２３】
本発明の一実施形態において、前記選択する段階以前に、前記解析構造の複雑度を判断する段階を含み、前記選択する段階で前記複雑度によって、前記いずれか一つを選択することができる。
【００２４】
本発明の一実施形態において、前記少なくとも一つを計算する段階は、前記解析構造を入力される段階と、前記解析構造に基づいて、光源発生を設定する段階と、ＢＰＭシミュレーション部で、前記ＢＰＭのためのＢＰＭグリッドを形成する段階と、前記ＦＤＴＤ法を使用するか否かを判断する段階と、前記判断段階の判断によって、前記ＢＰＭだけを使用するか、または前記ＢＰＭ及びＦＤＴＤ法を複合的に使用し、前記複合電場データを計算する段階と、を含んでもよい。
【００２５】
本発明の一実施形態において、前記少なくとも一つを計算する段階は、前記解析構造を入力される段階と、前記解析構造に基づいて、光源発生を設定する段階と、前記解析構造に係わって、誘電体物質部分と、金属物質または磁気物質を含む部分とについての情報を入力される段階と、前記情報に基づいて、前記誘電体物質部分は、前記ＢＰＭによって、また前記金属物質または磁気物質を含む部分は、前記ＦＤＴＤ法によって、前記複合電場データを計算する段階と、を含んでもよい。
【００２６】
本発明の技術的思想はまた、分析される物理的対象内の金属及び磁気物質に対する第１電磁波分析技術を遂行する段階と、分析される物理的対象内の非金属物質及び非磁気物質に対し、第１電磁波分析技術と異なる第２電磁波分析技術を遂行する段階と、分析される物理的対象内の金属及び磁気物質に対して遂行された第１電磁波分析技術、及び分析される物理的対象内の非金属物質及び非磁気物質に対して遂行された第２電磁波分析技術の結果を合わせ、それによって、前記物理的対象によって生じた電磁波を分析する段階と、を含み、前記第１電磁波分析技術の遂行、前記第２電磁波分析技術の遂行、及び前記結果の合成は、データプロセッサで行われることを特徴とする電磁波分析方法を提供する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の技術的思想による電磁波解析装置及びその解析方法は、光学素子内の非金属部分と金属部分とを区別し、ＢＰＭ及びＦＤＴＤ法のうちいずれか一つを選択的に適用し、当該部分の電磁波を解析することによって、電磁波解析に係わる速度を顕著に向上させつつ、かつ正確な電磁波解析を遂行することができる。
【００２８】
例えば、非金属部分は、ＢＰＭを利用して電磁波を解析することによって、ＦＤＴＤ法に比べて、１０倍以上の解析速度を増加させることができ、また、金属部分では、ＦＤＴＤ法を利用することによって、ＢＰＭの不正確な解析または解析不能問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態による電磁波解析装置を概略的に示すブロック構造図である。
【図２】図１の電磁波解析装置において、ハイブリッド光シミュレーション装置をさらに詳細に示すブロック構造図である。
【図３】図１の電磁波解析装置において、ハイブリッド光シミュレーション装置をさらに詳細に示すブロック構造図である。
【図４】図１の電磁波解析装置において、ハイブリッド光シミュレーション装置をさらに詳細に示すブロック構造図である。
【図５】図１の電磁波解析装置において、ハイブリッド光シミュレーション装置をさらに詳細に示すブロック構造図である。
【図６】図１の電磁波解析装置において、ハイブリッド光シミュレーション装置をさらに詳細に示すブロック構造図である。
【図７】図１の電磁波解析装置において、ハイブリッド光シミュレーション装置をさらに詳細に示すブロック構造図である。
【図８】本発明の一実施形態の電磁波解析装置と関連して、電磁波解析についての概念について説明するために、解析対象としてのＣＩＳを概略的に示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態の電磁波解析装置と関連して、電磁波解析についての概念について説明するために、解析対象としてのＣＩＳを概略的に示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態の電磁波解析装置と関連して、電磁波解析についての概念について説明するために、解析対象としてのＣＩＳを概略的に示す断面図である。
【図１１Ａ】本発明の一実施形態による電磁波解析方法を概略的に示すフローチャートである。
【図１１Ｂ】本発明の一実施形態による電磁波解析方法を概略的に示すフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態による電磁波解析方法に係わる過程を、図１の電磁波解析装置と並行して示すフローチャートである。
【図１３】図１２の各過程を解析対象のＣＩＳと関連して示す斜視図である。
【図１４】図１２の各過程を解析対象のＣＩＳと関連して示す図面である。
【図１５】図１２の各過程を解析対象のＣＩＳと関連して示す斜視図である。
【図１６】図１２の各過程を解析対象のＣＩＳと関連して示す図面である。
【図１７】図１２の各過程を解析対象のＣＩＳと関連して示すイメージである。
【図１８Ａ】図１２の各過程を解析対象のＣＩＳと関連して示す斜視図である。
【図１８Ｂ】図１２の各過程を解析対象のＣＩＳと関連して示す図面である。
【図１９】図１２の各過程を解析対象のＣＩＳと関連して示す斜視図である。
【図２０】図１２の各過程を解析対象のＣＩＳと関連して示す斜視図である。
【図２１】本発明の一実施形態による電磁波解析方法に係わる過程を示すフローチャートである。
【図２２】本発明の一実施形態による電磁波解析方法に係わる過程を示すフローチャートである。
【図２３】本発明の一実施形態による電磁波解析方法に係わる過程を示すフローチャートである。
【図２４】本発明の一実施形態による電磁波解析方法に係わる過程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。本発明の実施形態は、当技術分野で当業者に、本発明についてさらに完全に説明するために提供されるものであり、下記実施形態は、さまざまな他の形態に変形され、本発明の範囲が、下記実施形態に限定されるものではない。むしろ、それら実施形態は、本開示をさらに忠実であって完全なものにし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。
【００３１】
以下の説明で、ある構成要素が他の構成要素に連結されると記述するとき、それは、他の構成要素と直ちに連結されもするが、その間に、第３の構成要素が介在されもする。また、図面で各構成要素の構造や大きさは、説明の便宜性及び明確性のために誇張されており、説明と関連性のない部分は、省略されている。図面上で同一符号は、同じ要素を指す。一方、使われる用語は、単に本発明について説明するための目的で使われたものであり、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。
【００３２】
図１は、本発明の一実施形態による電磁波解析装置を概略的に示すブロック構造図である。
【００３３】
図１を参照すれば、本実施形態の電磁波解析装置は、構造形成シミュレーション装置１００、ハイブリッド（hybrid）光シミュレーション装置２００、保存装置３００及びユーザ・インターフェース（ＵＩ：user interface）４００を含んでいる。ここで、５００は、解析対象になる素子を意味する。
【００３４】
構造形成シミュレーション装置１００は、解析の対象になる光学素子に対する三次元的解析構造を形成し、解析構造についての情報Ｄ２を、ハイブリッド光シミュレーション装置２００に伝達することができる。ときによっては、解析構造についての情報Ｄ２は、保存装置３００に保存されもする。解析構造は、実際的な物質構造ではない三次元仮想空間での当該光学素子の特性を反映させて形成した三次元シミュレーション構造であってもよい。すなわち、構造形成シミュレーション装置１００は、ユーザ・インターフェース４００で、解析対象になる光学素子についての情報に基づいて、解析構造を形成することができる。光学素子についての情報は、当該光学素子の内部構造及び外部構造、内部の各部分の物質成分や屈折率であって、かような情報は、解析構造形成において、各パラメータとして作用しうる。これにより、解析構造には、光学素子の形態についての情報だけではなく、解析領域についての情報や、各部分の物質に係わる屈折率などの情報も共に含まれもする。解析の対象になる光学素子は、光が内部に進み、内部構造及び物質によって、内部で電磁場がどのように形成及び分布されているかということを調査の対象とする光学素子である。このような光学素子の内部での電磁場解析によって、当該光学素子に要求される光学特性が判断されもする。
【００３５】
例えば、光学素子５００は、ＣＩＳ（CMOS Image Sensor）、光インターコネクタ（ＯＩ：optical interconnect）装置、太陽電池（solar cell）などであって、かような光学素子の電場（electric field）、正孔・電子対生成（hole-electron pair generationまたはoptical generation）、平均光パワー密度（average optical power density）などが、電磁波解析によって判断されもする。前記光学素子及び光学特性は、１つの例示であるのみ、本実施形態の解析対象になる光学素子は、電磁波が内部に進むあらゆる光学素子であってもよい。また、解析される光学特性も、さらに多様であってもよい。
【００３６】
一方、構造形成シミュレーション装置１００は、形成された解析構造について計算された電磁場に係わるデータに基づいて、解析構造のパラメータを変更することによって、解析構造を変換することができる。すなわち、現在の解析構造についての電場に係わる結果データに基づいて、解析構造を変換させつつ、要求される電場に係わるデータを抽出することができる。要求される電場に係わるデータが抽出された場合、逆に解析構造についての情報を基に、対象になる光学素子の構造や物質を変更することによって、光学素子の性能を向上させることができる。
【００３７】
ハイブリッド光シミュレーション装置２００は、構造形成シミュレーション装置１００から、解析構造についての情報Ｄ２を入力され、解析構造を分割し、分割された各部分に金属物質または磁気物質が含まれているか否かということによって、ＢＰＭ（beam propagation method）またはＦＤＴＤ（finite difference time domain）法を選択的に適用し、電場に係わるデータを計算することができる。電場に係わるデータは、時間に依存する時間依存データ、及び時間に依存しない時間非依存データを含んでいる。例えば、ＢＰＭを介して計算された電場に係わるデータは、時間非依存データであって、ＦＤＴＤ法を介して計算された電場に係わるデータは、時間依存データである。
【００３８】
ＦＤＴＤ法とＢＰＭは、電磁波分析方法として使われてきた。ＦＤＴＤ法は、マクスウェル方程式を利用する非近似数値解析方法である。ＦＤＴＤ法は、分析される光学装置に対する電磁波分析を正確に遂行することができる一方、ＦＤＴＤ法は、一般的に非常に大きいコンピュータ・リソース及び複雑な計算に起因して、収斂のための長い分析時間を要求する。ＢＰＭは、電場が経時的に変わらないという仮定下で分析を行う方法である。ＢＰＭは、時間要素を除去することによって、電場に係わる高速な計算を行うことができる一方、ＢＰＭは、金属物質または磁気物質の表面で発生する誘導電流を分析することができない。従って、ＢＰＭは、金属物質または磁気物質を含む光素子に対して、不正確な分析を行ったり、あるいは該分析を行うことが不可能であったりする。
【００３９】
ここで説明するハイブリッド技術は、潜在的な不利益を減らしつつ、ＦＤＴＤ及びＢＰＭの最上側面を利用することができる。光素子は、非金属部分と金属部分とに分けられ、対応する部分の電磁波は、対応する部分に、ＢＰＭ及びＦＤＴＤ法を選択的に適用することによって分析される。それにより、電磁波分析速度が顕著に増加し、電磁波分析を正確に遂行することができる。いくつかの実施形態で、金属物質または磁気物質を含む光素子についてのハイブリッド電磁波分析は、デフォルトとしてＢＰＭを使用して電磁波を分析し、金属物質または磁気物質の表面上の誘導電流に起因して生じた追加的な電場については、ＢＰＭから自動的に転換されたＦＤＴＤ法を利用して分析することによって、高速かつ正確に遂行することができる。
【００４０】
ここで、ＢＰＭは、マクスウェル（Maxwell）方程式から時間成分を除去することによって、電場に係わる経時的な無変化を仮定して解析する方法であり、ＦＤＴＤ法は、マクスウェル方程式を利用した無近似数値解析方法であり、ＢＰＭとは異なり、時間成分が含まれる。ＢＰＭ及びＦＤＴＤ法については、図２または図１０の説明部分でさらに詳細に記述する。
【００４１】
前述のように、ハイブリッド光シミュレーション装置２００は、ＢＰＭまたはＦＤＴＤ法を選択的に適用し、解析構造についての電場に係わる時間非依存データ及び時間依存データを計算し、計算された電場に係わる時間非依存データ（Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ））及び時間依存データ（Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ））を複合電場データＤｃｏｍとして保存装置３００に伝達する。
【００４２】
ここで、複合電場データＤｃｏｍは、前述のように、時間非依存データ及び時間依存データをいずれも含むが、場合によっては、いずれか一つだけ含みもする。例えば、ハイブリッド光シミュレーション装置２００は、解析構造内の物質分布、構造複雑度に基づいて、ＢＰＭ及びＦＤＴＤ法のうちいずれか一つだけを専用的に適用することができ、それにより、電場に係わる時間非依存データ及び時間依存データのうちいずれか一つだけを複合電場データとして計算することもできる。
【００４３】
ハイブリッド光シミュレーション装置２００については、図２ないし図７の部分でさらに詳細に記述する。
【００４４】
保存装置３００には、前述のように、ハイブリッド光シミュレーション装置２００で計算された電場に係わるデータが、複合電場データとして保存されもする。複合電場データは、ＢＰＭを介して計算された電場に係わる時間非依存データと、ＦＤＴＤ法を介して計算された電場に係わる時間依存データとを含んでいる。すなわち、解析構造の分割された各部分に、金属物質または磁気物質含むかということよって、当該部分それぞれでの時間非依存データ及び時間依存データのうち、いずれか一つを具備した複合電場データが保存装置３００に保存されもする。
【００４５】
解析構造の各部分での電場に係わるデータは、リアルタイムで順次に保存装置３００に保存され、解析構造全体に係わる複合電場データを構成したり、または各部分での電場に係わるデータが、リアルタイムで順次に臨時保存装置（図示せず）に保存されていて、解析構造全体に対する解析が終了した後、解析構造全体に係わる複合電場データとして保存装置３００に保存されたりもする。一方、保存装置３００は、構造形成シミュレーション装置１００またはハイブリッド光シミュレーション装置２００で要求するデータＤ３を保存していて供給する役割を行うこともできる。特に、保存装置３００に保存された複合電場データＤ４は、構造形成シミュレーション装置１００に提供され、構造形成シミュレーション装置１００が形成された解析構造を変換するのに利用される。
【００４６】
ユーザは、ユーザ・インターフェース４００を介して、解析しようとする対象光学素子５００または光学装置についての情報Ｄ１を、構造形成シミュレーション装置１００または／及びハイブリッド光シミュレーション装置２００に提供することができる。
【００４７】
図２ないし図７は、図１の電磁波解析装置において、ハイブリッド光シミュレーション装置をさらに詳細に示すブロック構造図である。
【００４８】
前述のように、ハイブリッド光シミュレーション装置２００は、構造形成シミュレーション装置１００から解析構造を入力され、解析構造に対する具体的な電磁波解析を行う。参考までに、電磁波は、周期的に強度が変化する電磁場が空間内に伝播していく現象を意味し、電子波（electron wave）ともいい、光、すなわち、光線も電磁波に属する。一方、電磁波は、横波であり、互いに直交する電場と磁場とから構成され、マクスウェル方程式を介して正確に記述可能である。マクスウェル方程式に係わる説明は、図１０以下で、ＦＤＴＤ法について説明しつつ、さらに詳細に記述する。電磁波を解析するという意味は、マクスウェル方程式を解くという意味で、マクスウェル方程式を解けば、各位置（ｘ，ｙ，ｚ）及び各時間ｔでの電場の強度及び磁場の強度が求められる。従って、以下で、電磁波を解析するという意味は、電場または電場の強度を計算するという意味と同じ意味に使われるのである。また、電磁波解析のために、光を生成して利用するが、解析構造の外部では、光と称し、解析構造の内部では、電磁波または電場と称する。これは、解析構造の外部で、他の物質と電磁気的な相互作用がない場合、電磁波という概念が不要であるが、解析構造の内部では、内部物質と電磁気的相互作用が発生するので、電磁波の概念、すなわち、電場の概念が要求されるためである。
【００４９】
図２を参照すれば、ハイブリッド光シミュレーション装置２００は、受信部２１０、光源設定部２２０、ＢＰＭシミュレーション部２３０、ＦＤＴＤシミュレーション部２４０及び金属判断部２５０を含んでいる。
【００５０】
受信部２１０は、構造形成シミュレーション装置１００から解析構造についての情報Ｄ２を入力され、光源設定部２２０に伝送し、矢印で表示はしていないが、ＢＰＭシミュレーション部２３０、ＦＤＴＤシミュレーション部２４０及び金属判断部２５０にも、解析構造についての情報を伝送することができる。
【００５１】
光源設定部２２０は、解析構造に入射される光源を設定する。すなわち、解析構造に入射される光に係わる入射角、偏光、波長、光強度についての値を設定する。
【００５２】
ＢＰＭシミュレーション部２３０は、解析構造について設定された光に基づいて、ＢＰＭのためのＢＰＭグリッドを形成し、各グリッド面でＢＰＭを介した電場を解析する。ここで、ＢＰＭグリッドは、三次元格子状に形成され、光が進む方向に垂直な面が、前記グリッド面になる。
【００５３】
前述のように、ＢＰＭは、マクスウェル方程式から時間成分を除去することによって、電場に係わる経時的な無変化を仮定して解析する方法である。すなわち、ＢＰＭは、電場計算領域を小さい間隔のグリッドに分割し、初期光の値と、光の進行方向への各グリッド面での光の値との関係をマクスウェル方程式から得て、各グリッド面での光の分布、すなわち、電場の分布を計算する方法である。ＢＰＭを介して得た電場に係わるデータは、時間成分が除去されているので、時間非依存データとして算出される。
【００５４】
このようなＢＰＭを介した電場解析は、時間成分が除去され、電場に係わる速い演算が可能であるという利点がある。ＢＰＭは、利用される光の波長ほどのサイズから、波長の数千倍に至るサイズまで解析可能である。しかし、ＢＰＭは、金属物質や磁気物質の表面で発生する誘導電流については、解析が不可能であり、金属物質または磁気物質を含む光学素子については、解析が不正確であったり、あるいは解析自体を行うことが不可能であったりする。
【００５５】
ＢＰＭには、ｚ−invariant近似やparaxial近似を使用し、光が進む方向が、ｚ軸と平行である場合についての解析方法であるＳＢＰＭ（scalar ＢＰＭ）及びＶＢＰＭ（vectorial ＢＰＭ）がある。ＳＰＢＭは、スカラ波動方程式を利用したものであって、偏光特性が排除され、ＶＢＰＭは、ＴＥモード、ＴＭモードそれぞれ、または２モードの結合を考慮した方法である。一方、光が進む方向がｚ軸と平行ではない場合を解決するために、パデ近似を利用したwide-angle ＢＭＰがある。一方、計算方法上、ＦＥＭ（finite element method）ＢＰＭ、ＦＤＭ（finite difference method）ＢＰＭ、ＦＦＴ（fast Fourier transform）ＢＰＭなどに区別される。
【００５６】
本実施形態で、ＢＰＭは、解析対象構造によって、前記例示された多様な方法のうち、少なくとも一つが利用される。また、前記で例示されていないにしても、ＢＰＭの原理を採用して、電場に係わる時間非依存データを計算する他の方法のＢＰＭが本実施形態のＢＰＭとして利用することができることは言うまでもない。
【００５７】
ＦＤＴＤシミュレーション部２４０は、ＦＤＴＤ法のためのＦＤＴＤグリッドを形成し、各グリッド面でＦＤＴＤ法を介した電場を解析する。前述のように、ＦＤＴＤ法は、マクスウェル方程式を利用した無近似数値解析方法であり、ＢＰＭとは異なり、時間成分が含まれる。すなわち、ＦＤＴＤ法は、経時的な電場の変化まで計算することができる。例えば、金属物質や磁気物質などでは、入射された光が反射され、また表面に誘導電流が生成されるために、同一位置であっても、時間によって電場が変わる。前述のように、ＢＰＭは、経時的な電場の無変化を仮定した計算法であるために、金属物質や磁気物質が含まれた部分では、正確な電場を計算することができない。しかし、ＦＤＴＤ法は、時間及び空間いずれにも依存的であるマクスウェル方程式をそのまま適用して計算するために、経時的な電場変化についても計算可能である。結局、ＦＤＴＤ法は、金属物質や磁気物質を含んだあらゆる物質及び構造に対する正確な電磁波解析が可能である。
【００５８】
ＦＤＴＤ法は、利用される光の波長の数倍ほどのサイズから数百分の１ほどのサイズまで解析可能である。ＦＤＴＤ法を介して得た電場に係わるデータは、時間成分が含まれているので、当然のこととして、時間依存データとして算出される。ただし、計算が複雑なために、非常に大きいコンピュータ資源が必要であり、収斂まで長時間の解析時間がかかる。ＦＤＴＤ法については、図１０に係わる説明部分以下で、さらに詳細に説明する。
【００５９】
金属判断部２５０は、解析構造の分割された各部分、例えば、ＢＰＭグリッド各面で金属物質または磁気物質が含まれているか否かを判断する。一般的に、ほとんどの金属物質は、磁気的性質を有するので、磁気物質に含まれるが、ときによっては、非磁気的性質を有する金属が存在しうる。それにより、金属判断部２５０は、電磁波に大きく影響を及ぼす物質として、金属物質または磁気物質を共に判断する。このような金属物質または磁気物質は、屈折率によって判断することができる。すなわち、一般的に金属は、高い屈折率を有し、また、複素数屈折率という定義で、虚数成分値が大きく、ほぼ１に近い反射率を有するという特性がある。
【００６０】
金属判断部２５０は、前述の屈折率によって、金属物質または磁気物質を判断するが、それに限られるものではなく、他の特性によって、金属物質または磁気物質を判断することができることは言うまでもない。例えば、当該部分に存在する元素の原子量を介しても、金属または非金属の判断が可能であり、また抵抗値を介しても、金属または非金属の判断が可能である。ただし、本実施形態では、電場を解析の主目的とするので、電磁波に関連する屈折率をもって、金属物質または磁気物質を判断することができる。
【００６１】
本実施形態のハイブリッド光シミュレーション装置２００は、解析構造の分割された各部分、例えば、ＢＰＭグリッドの各面で、金属物質または磁気物質が含まれているか否かを判断し、その判断いかんによって、ＢＰＭシミュレーション部２３０またはＦＤＴＤシミュレーション部２４０で、選択的にＢＰＭまたはＦＤＴＤ法を適用し、電場を計算することができる。それにより、解析構造全体に対する迅速な電場計算を行うと同時に、正確な電場を計算することができる。
【００６２】
図３は、図２のハイブリッド光シミュレーション装置をさらに詳細に示すブロック構造図であり、説明の便宜のために、図２ですでに説明した部分については、簡略に説明または省略する。
【００６３】
図３を参照すれば、前述のように、ハイブリッド光シミュレーション装置２００は、受信部２１０、光源設定部２２０、ＢＰＭシミュレーション部２３０、ＦＤＴＤシミュレーション部２４０及び金属判断部２５０を含んでいる。
【００６４】
ＢＰＭシミュレーション部２３０は、ＢＰＭグリッド形成部２３２及びＢＰＭ計算部２３４を含んでいる。ＢＰＭグリッド形成部２３２は、解析構造に対して、ＢＰＭのためのグリッドを形成することができる。このようなＢＰＭグリッド形成部２３２は、ｘ，ｙ，ｚ方向それぞれに、２０ｎｍほどの間隔の三次元グリッドを形成することができる。しかし、グリッドの間隔が２０ｎｍに限定されるものではない。すなわち、グリッドの間隔は、ユーザの設定によって変更可能であり、それにより、解析の対象になる光学素子の解析構造によって、多様なサイズにグリッドが形成される。ここで、便宜上、ｚ方向を、光が進む方向と定義する。
【００６５】
ＢＰＭ計算部２３４は、各ＢＰＭグリッド面、例えば、ｚ軸に垂直な各ＢＰＭグリッド面で、ＢＰＭを介して電場を計算する。本実施形態では、各グリッド面で、ＦＦＴ−ＢＰＭを利用して電場を計算することができる。ＢＰＭ計算部２３４を介して計算された各ＢＰＭグリッド面での電場データ、すなわち、時間非依存データは、臨時保存装置２６０または保存装置３００に保存する。
【００６６】
ＦＤＴＤシミュレーション部２４０は、ＦＤＴＤグリッド形成部２４２及びＦＤＴＤ計算部２４４を含んでいる。ＦＤＴＤグリッド形成部２４２は、金属判断部２５０で、金属物質または磁気物質が存在すると判断されたＢＰＭグリッド面に対して、ＦＤＴＤ法のための三次元グリッドを形成する。ＢＰＭグリッド面についての情報は、ＢＰＭシミュレーション部２３０から伝達されもする。このようなＦＤＴＤグリッド形成部２４２も、ｘ，ｙ，ｚ方向それぞれにグリッドを形成することが、ＢＰＭグリッドの間隔より小さい数ｎｍほどの間隔のグリッドを形成することができる。ＦＤＴＤグリッドの間隔も、ユーザの設定によって変更可能であり、それにより、当該ＢＰＭグリッド面に含まれた金属物質または磁気物質の構造によって、多様なサイズにＦＤＴＤグリッドが形成される。
【００６７】
ＦＤＴＤ計算部２４４は、各ＦＤＴＤグリッド面、例えば、ｚ軸に垂直な各ＦＤＴＤグリッド面で、ＦＤＴＤを介して電場を計算する。ＦＤＴＤ計算部２４４は、当該ＢＰＭグリッド面に係わって形成されたあらゆるＦＤＴＤグリッド面に対して電場を計算することができる。一方、一般的にＦＤＴＤ計算部２４４は、マクスウェル方程式の特性上、各ＦＤＴＤグリッド面で、電場に係わるデータだけではなく、磁場に係わるデータも共に計算する。しかし、光学素子解析で、磁場に係わるデータが特別に要求されない限り、電場及び磁場データのうち、磁場に係わるデータは削除し、電場データだけを時間依存データとして、臨時保存装置２６０または保存装置３００に保存する。
【００６８】
本実施形態のハイブリッド光シミュレーション装置２００は、ＢＰＭを利用して電磁波を解析するが、金属物質または磁気物質の表面の誘導電流によって追加して発生する電場については、ＦＤＴＤ法に自動転換して解析することによって、別途の操作なしに、金属物質または磁気物質を含む光学素子全体に対する迅速であって正確に、統合的な電磁波解析を行うことができる。
【００６９】
図４は、図２のハイブリッド光シミュレーション装置に係わる変形例であり、説明の便宜のために、図２ですでに説明した部分については、簡略に説明または省略する。
【００７０】
図４を参照すれば、本実施形態のハイブリッド光シミュレーション装置２００ａは、モード選択部２７０をさらに含んでいる。モード選択部２７０は、ＢＰＭを専用的に使用するＢＰＭモード、ＦＤＴＤ法を専用的に使用するＦＤＴＤモード、及びＢＰＭ及びＦＤＴＤ法を複合的に使用するハイブリッドモードのうちいずれか一つを選択することができる。
【００７１】
例えば、モード選択部２７０がＢＰＭモードを選択した場合、ＢＰＭモード選択についての情報Ｓ１が、ＢＰＭシミュレーション部２３０に伝達され、また、ＦＤＴＤモードを選択した場合、ＦＤＴＤモード選択についての情報Ｓ２が、ＦＤＴＤシミュレーション部２４０に伝達される。一方、モード選択部２７０がハイブリッドモードを選択した場合、ハイブリッドモード選択についての情報Ｓ３が、ＢＰＭシミュレーション部２３０、ＦＤＴＤシミュレーション部２４０及び金属判断部２５０に伝達される。モード判断情報によって、ＢＰＭシミュレーション部２３０、ＦＤＴＤシミュレーション部２４０及び金属判断部２５０のうち少なくとも一つが動作し、ＢＰＭ及びＦＤＴＤ法のうち少なくとも一つを利用し、解析構造に対する電磁波解析が行われる。
【００７２】
本実施形態のハイブリッド光シミュレーション装置２００ａは、モード選択部２７０を含むことによって、光学素子に対する電磁波解析をさらに速かに行うことができる。例えば、金属を含んでいない光導波路のような光学素子の場合は、ＦＤＴＤ法を適用する必要がない。反対に、光学素子のサイズが非常に小さく、内部の金属含有構造が複雑である場合や、解析領域全体に対して、正確な電磁波解析が要求される場合には、全体構造についてＦＤＴＤを適用せねばならない場合がある。
【００７３】
それにより、モード選択部２７０を介して、ＢＰＭモードまたはＦＤＴＤモードを選択する場合には、金属判断部２５０で、ＢＰＭグリッド面ごとに金属物質または磁気物質の含有いかんを判断せずに、ＢＰＭまたはＦＤＴＤ法のうちいずれか一つだけによって電磁波解析を進めることによって、さらに効率的な電磁波解析を行うことができる。もちろん、ハイブリッドモードを選択した場合には、図２で説明したように、金属判断部２５０で、ＢＰＭグリッド面ごとに金属物質または磁気物質の含有いかんが判断されつつ、電磁波解析が進められるということは言うまでもない。
【００７４】
ハイブリッド光シミュレーション装置２００ａは、解析構造によって、モード選択部２７０を介して、ＢＰＭモード、ＦＤＴＤモード及びハイブリッドモードのうちいずれか１つのモードで、解析構造に対する電磁波解析を行うことによって、解析構造に対して迅速であって正確に統合的な電磁波解析を行うことができる。
【００７５】
図５は、図２のハイブリッド光シミュレーション装置に係わる他の変形例であり、やはり、説明の便宜のために、図２ですでに説明した部分については、簡略に説明または省略する。
【００７６】
図５を参照すれば、本実施形態のハイブリッド光シミュレーション装置２００ｂは、モード選択部２７０及び構造複雑度決定部２７５をさらに含んでいる。モード選択部２７０は、図４で説明したように、ＢＰＭモード、ＦＤＴＤモード及びハイブリッドモードのうちいずれか１つのモードを選択することができる。
【００７７】
一方、構造複雑度決定部２７５は、解析構造に係わる複雑度を判断することができる。複雑度計算は、多様な方法が適用される。一例として、単位体積当たり含まれた物質の種類によって、複雑度が計算されもする。それにより、構造複雑度決定部２７５は、光導波路に係わる解析構造については、低い複雑度を有すると判断することができ、ＣＩＳや太陽電池などの場合は、高い複雑度を有すると判断することができる。
【００７８】
構造複雑度決定部２７５で判断された複雑度についての情報は、モード選択部２７０に伝達される。それにより、モード選択部２７０は、複雑度によってモードを選択することができる。例えば、複雑度が低い解析構造については、ＢＰＭモードを、複雑度が非常に高い構造は、ＦＤＴＤモードを適用することができる。もちろん、モード選択部２７０が、複雑度によってのみモードを選択するものではない。すなわち、モード選択部２７０は、複雑度、金属含有いかん、解析時間、分析の正確性いかんなど、多様な因子に基づいて、モードを選択することができる。
【００７９】
図６は、図２のハイブリッド光シミュレーション装置に係わる他の変形例であり、やはり、説明の便宜のために、図２ですでに説明した部分については、簡略に説明または省略する。
【００８０】
図６を参照すれば、本実施形態のハイブリッド光シミュレーション装置２００ｃは、ＦＤＴＤ使用決定部２８０をさらに含んでいる。ＦＤＴＤ使用決定部２８０は、ＦＤＴＤ法を使用するか否かを決定する機能を行う。すなわち、本実施形態のハイブリッド光シミュレーション装置２００ｃは、基本的にＢＰＭシミュレーション部２３０を介して、ＢＰＭモードで電磁波解析を行う。ＢＰＭモードでの電磁波解析の遂行中、ＦＤＴＤ使用決定部２８０から、ＦＤＴＤ使用に係わる信号が入力されれば、ＦＤＴＤ法が共に使われる。図面で点線矢印は、ＦＤＴＤ法を使用する場合に、各情報入力に係わる経路を示している。
【００８１】
実際、ＦＤＴＤ法を使用すると決定された場合、ハイブリッド光シミュレーション装置２００ｃは、図２または図３で説明したところと同一に動作しうる。一方、ＦＤＴＤ使用決定部２８０は、解析構造に対する電磁波解析を進める前、あるいはＢＰＭモードでの電磁波解析の遂行中のいずれのときでも、ＦＤＴＤ使用についての情報をＢＰＭシミュレーション２３０に伝達することができる。また、ＦＤＴＤ使用に対する決定は、ユーザによって、ユーザ・インターフェースを介して、ＦＤＴＤ使用決定部２８０に入力されるか、または解析構造に係わる所定基準によって、使用決定部２８０で決定することができる。
【００８２】
結局、本実施形態のハイブリッド光シミュレーション装置２００ｃは、基本的に、ＢＰＭを利用して電磁波を解析するが、金属物質または磁気物質が含まれてＦＤＴＤ法の使用が要求される場合、ＦＤＴＤ使用決定を介して、ＦＤＴＤ法を適用して電磁波を解析することができる。すなわち、ハイブリッド光シミュレーション装置２００ｃは、解析構造によって、融通性あるように、ＢＰＭだけを適用するか、あるいはＢＰＭとＦＤＴＤ法とを複合的に適用することによって、迅速であって正確に統合的な電磁波解析を行うことができる。
【００８３】
図７は、図２のハイブリッド光シミュレーション装置に係わる他の変形例であり、やはり、説明の便宜のために図２ですでに説明した部分については、簡略に説明または省略する。
【００８４】
図７を参照すれば、本実施形態のハイブリッド光シミュレーション装置２００ｄは、セクタ情報部２９０をさらに含んでいる。セクタ情報部２９０は、解析構造に係わるセクタ情報、例えば、解析構造の第１セクタは、誘電体物質のみから構成されており、第２セクタは、金属物質または磁気物質を含むということなどの情報を含んでいる。ここで、第１セクタ及び第２セクタは、ＢＰＭシミュレーション部２３０で形成したＢＰＭグリッドとは異なる概念である。例えば、解析構造を大きく分割し、誘電体が連続して維持される部分を第１セクタと、金属が続けて維持されるか、あるいは金属及び誘電体が複合的に混ざっている部分は、第２セクタと区分することができる。
【００８５】
セクタ情報部２９０からの解析構造についての情報は、ＢＰＭシミュレーション部２３０またはＦＤＴＤシミュレーション部２４０に伝えられる。すなわち、第１セクタ情報ＤＢＰＭは、ＢＰＭシミュレーション部２３０に伝達され、第２セクタ情報ＤＦＤＴＤは、ＦＤＴＤシミュレーション部２４０に伝達してもよい。このような１セクタ情報ＤＢＰＭ及び第２セクタ情報ＤＦＤＴＤに基づいて、ＢＰＭシミュレーション部２３０は、第１セクタ、すなわち、誘電体だけ存在する部分に対して、ＢＰＭを介して電場を計算し、ＦＤＴＤシミュレーション部２４０は、第２セクタ、すなわち、金属または磁気物質を含む部分に対して、ＦＤＴＤ法を介して電場を計算することができる。もちろん、ＢＰＭシミュレーション部２３０での電場に係わるデータ、及びＦＤＴＤシミュレーション部２４０での電場に係わるデータは、互いに共有され（点線矢印）、また、光の進行方向によって、各セクタ別に順次に、ＢＰＭまたはＦＤＴＤ法が選択的に適用され、電場に係わるデータが計算される。
【００８６】
一方、セクタ情報部２９０が含む解析構造に係わるセクタ情報は、ユーザがユーザ・インターフェースを介してセクタ情報部に入力したり、セクタ情報部２９０が、入力された解析構造を分析して獲得したりすることができる。
【００８７】
本実施形態のハイブリッド光シミュレーション装置２００ｄは、セクタ情報部２９０を介して、解析構造について、セクタ別にＢＰＭまたはＦＤＴＤ法が適用されるので、各ＢＰＭグリッド面で、金属物質または磁気物質を判断するための金属判断部が不要である。それにより、本実施形態のハイブリッド光シミュレーション装置２００ｄは、解析構造に対して、さらに迅速であって正確に統合的な電磁波解析を行うことができる。
【００８８】
図８ないし図１０は、本発明の一実施形態の電磁波解析装置と関連して、電磁波解析についての概念について説明するために、解析対象としてのＣＩＳを概略的に示す断面図である。
【００８９】
図８は、解析の対象になるＣＩＳの構造及び解析領域を概略的に示している。
【００９０】
図８を参照すれば、ＣＩＳ（ＣＭＯＳ image sensor）５００は、フォトダイオード領域５１０、配線層５２０、フィルタ層５３０及びマイクロレンズ５４０に大別される。光Ｌが、マイクロレンズ５４０、フィルタ５３０及び配線層５２０を経てフォトダイオード領域５１０に入射され、フォトダイオード５１０領域で、正孔・電子対生成を介して、電流キャリアが発生する。このように生成された電流キャリア、例えば、電子が、周辺に配置された回路を介して電気信号として検出されることによって、入射された光の強度や波長などが計算される。
【００９１】
ＣＩＳの性能を正確に把握するためには、入力光から電気信号発生までの現象を正確に摸写して解析することができる光解析、すなわち、電磁波解析能が要求される。本実施形態の電磁波解析装置は、金属物質または磁気物質部分と、誘電体物質部分とを区別して解析することによって、ＣＩＳの内部での電磁波を正確に解析することができる。一方、本実施形態の電磁波解析装置は、ＣＩＳ全体構造を解析するのではなく、解析の正確性及び迅速性のために、代表的な部分だけを解析領域として設定した後、その解析領域に対応する部分に対してのみ、構造形成シミュレーション装置１００（図１）を介して、解析構造を形成して解析を進めることができる。
【００９２】
図９は、図８のＣＩＳで、解析の対象になる解析領域の一部をさらに拡大して示している。
【００９３】
図９を参照すれば、ＣＩＳでの光の進行過程について簡単に説明すれば、まず、生じた光Ｌがマイクロレンズ５４０に入射されてフォーカシングされ、このようなフォーカシングされた光は、フィルタ層５３０の当該フィルタ、例えば、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）のフィルタによって、波長によってフィルタリングされる。フィルタリングされた光は、配線層５２０を通過するが、配線層５２０は、誘電体層５２２内に、多層の配線ライン５２４,５２６を含んでいる。配線層５２０を通過した光は、フォトダイオード領域５１０に達し、達した光の強度に比例して、多数の正孔・電子対生成を誘導する。生成された正孔及び電子のうち、一般的に電子が、光をセンシングするための電気信号として検出される。
【００９４】
このような過程を介して、入射される光は、ＣＩＳ内部の各部分で吸収、反射、屈折、散乱などの電磁気的現象が発生し、特に、金属の配線ラインでの反射や散乱は、非常に大きく発生し、また金属表面に誘導電流が発生する。従って、ＣＩＳ内部構造での電磁波、例えば、電場を正確に計算すれば、ＣＩＳの正確な性能、例えば、正孔・電子対生成の性能を正確に予測でき、それにより、ＣＩＳの光検出性能を正確に予測することができる。また、ＣＩＳに対する電磁波解析を介して、当該ＣＩＳの構造や物質などでの問題点を把握し、新たな構造や物質に変更することによって、さらに改善されたＣＩＳを具現するのに寄与できる。
【００９５】
図１０は、図９のＣＩＳについて、本実施形態の電磁波解析装置を介して解析する過程について簡略に説明するための概略図である。
【００９６】
図１０を参照すれば、まず、光源設定部２２０（図２）で設定したように、所定部分、すなわち、光源６００で光を発生させる。生じた光は、ＣＩＳに入射するが、マイクロレンズ５４０、フィルタ５３０及び配線層５２０の上部領域５２２ｂは、一般的に誘電体物質から形成されるので、ＢＰＭを介して電磁波解析が行われる。
【００９７】
一方、配線層５２０において、金属配線５２４,５２６が存在する中間部分は、ＦＤＴＤ法を介して電磁波解析が行われる。一方、図面で、金属配線５２４,５２６間の部分も、ＦＤＴＤ法を介して電磁波解析が行われると図示されているが、金属配線５２４,５２６の間隔によって変わりもする。例えば、金属配線５２４,５２６間の間隔が大きく、金属配線による反射や誘導電流による影響が少ない位置の誘電体部分の場合は、ＢＰＭを介して電場を解析することができる。
【００９８】
次に、配線層５２０の下部領域５２２ａ及びフォトダイオード領域５１０には、金属層が存在しないので、再びＢＰＭを介して電磁波が解析することができる。一方、フォトダイオード領域５１０では、電場に係わる解析だけではなく、生成された正孔・電子対の分布も解析することができることは言うまでもない。
【００９９】
以下、理解の便宜のために、ＦＤＴＤ法について数式を介して簡単に記述する。
【０１００】
ＦＤＴＤ法は、物理的な形状が定義される仮想空間、すなわち、解析空間内で電場強度を計算する点（point）と、磁場を計算する点とを離散的に配置し、時間軸によって、電場強度と磁場強度とを交互に算出する方法をいう。このような電場強度及び磁場強度は、マクスウェル方程式を利用して算出する。
【０１０１】
マクスウェル方程式は、電磁気現象を理論的に説明する基本的な方程式であり、以下の数式１ないし数式４を含む。
【０１０２】
【数１】
2013007746.tif 000003
【数２】
2013007746.tif 000004
【数３】
2013007746.tif 000005
【数４】
2013007746.tif 000006
【０１０３】
ここで、Ｂは、三次元仮想空間上の（ｘ，ｙ，ｚ）の位置におけるある時刻ｔでの磁束密度を意味し、Ｈは、（ｘ，ｙ，ｚ）の位置におけるある時刻ｔでの磁場の強度を意味し、Ｄは、（ｘ，ｙ，ｚ）の位置におけるある時刻ｔでの電束密度を意味し、Ｊは、（ｘ，ｙ，ｚ）の位置におけるある時刻ｔでの電流密度を意味し、ρは、（ｘ，ｙ，ｚ）の位置におけるある時刻ｔでの電荷密度を意味する。
【０１０４】
一方、数式１は、電磁気誘導に対するファラデーの法則に係わる方程式であり、数式２は、拡張されたアンペア法則に係わる方程式である。また、数式３及び数式４は、それぞれ電界及び磁界に係わるガウス法則に係わる方程式である。
【０１０５】
前記マクスウェル方程式の利用において、以下の数式５ないし数式７が補助的に利用されてもよい。
【０１０６】
【数５】
2013007746.tif 000007
【数６】
2013007746.tif 000008
【数７】
2013007746.tif 000009
【０１０７】
ここで、Ｅは、（ｘ，ｙ，ｚ）の位置におけるある時刻ｔでの電場強度を意味し、εは、（ｘ，ｙ，ｚ）の位置における物質の誘電率を意味し、μは、（ｘ，ｙ，ｚ）の位置における物質の透磁率を意味し、σは、（ｘ，ｙ，ｚ）の位置における物質の導電率を意味する。一方、数式５、数式６及び数式７は、それぞれ電束密度と電場強度との関係、磁束密度と磁場強度との関係、及び電流密度と電場強度との関係を示す。
【０１０８】
前記数式１及び数式２は、前記数式３ないし数式７を利用し、電場強度Ｅ及び磁場強度Ｈだけで示せば、数式８及び数式９で表現される。
【０１０９】
【数８】
2013007746.tif 000010
【数９】
2013007746.tif 000011
【０１１０】
前記数式８と数式９とで、電場強度Ｅと磁場強度Ｈは、位置（ｘ，ｙ，ｚ）と時間ｔとを変数とする関数であり、ここで、誘電率ε、透磁率μ及び導電率σは、位置（ｘ，ｙ，ｚ）を変数とする関数である。それにより、ある位置（ｘ，ｙ，ｚ）において、電場強度Ｅと磁場強度Ｈは、基本的にある時刻ｔについて、数式８及び数式９の連立方程式を解くことによって得られるのである。
【０１１１】
ＦＤＴＤ法では、ある時刻ｔでの数式８及び数式９の連立方程式を中心差分法を利用して解く。ここで、差分法とは、変数軸上でいくつかの離散点を取り、微分可能な関数のある離散点で微分を差分方程式に置換し、その差分方程式を解くことによって、近似解を得ることをいう。また、差分方程式は、微分可能な関数ｆ（ｑ）で、２個の変数値ｑ,ｑ＋ｒに対する関数の差分、すなわち、ｆ（ｑ＋ｒ）−ｆ（ｑ）を差分値ｒで割ることをいう。一方、中心差分法は、ある離散点ｑに係わる関数ｆ（ｑ）の解を、次の離散点との中間点ｑ＋ｒ／２の関数ｆ（ｑ＋ｒ／２）と、以前の離散点との中間点ｑ−ｒ／２の関数ｆ（ｑ−ｒ／２）との差分によって求める方法をいう。
【０１１２】
ＦＤＴＤ法で、時間の間隔を△ｔとし、時間軸上において、△ｔの間隔で離散点を取って時間を離散化したと仮定する。すなわち、時間軸上において、離散点の時刻ｔは、０，△ｔ，２△ｔ，…，（ｎ−１）△ｔ，ｎ△ｔ，（ｎ＋１）△ｔ，…と取られると仮定する。ここで、時刻ｔ＝ｎ△ｔでの電場強度Ｅと磁場強度Ｈとを、それぞれＥｎ、Ｈｎと表現する。そして、時刻ｔ＝ｎ△ｔでの数式８の左辺、すなわち、磁場の強度Ｈｎの時間微分を、中心差分法の差分方程式に置き換えれば、以下の数式１０になる。
【０１１３】
【数１０】
2013007746.tif 000012
【０１１４】
また、数式１０で、磁場強度Ｈの計算時刻が、電場強度Ｅの計算時間に対して、半時間間隔ほどずれているということを勘案し、時刻ｔ＝（ｎ−１／２）△ｔでの数式９の左辺、すなわち、電場強度Ｅｎ−１／２の時間微分を差分方程式に置き換えれば、以下の数式１１になる。
【０１１５】
【数１１】
2013007746.tif 000013
【０１１６】
数式１０と数式１１との関係から、電場強度Ｅの計算時刻に、半時間間隔の差がないと仮定し、以下の数式１２に示される近似式を利用することができる。
【０１１７】
【数１２】
2013007746.tif 000014
【０１１８】
数式１２を数式１１に代入すれば、次の数式１３になる。
【０１１９】
【数１３】
2013007746.tif 000015
【０１２０】
また、数式１０と数式１３とをそれぞれ変形すれば、以下の数式１４及び数式１５になる。
【０１２１】
【数１４】
2013007746.tif 000016
【数１５】
2013007746.tif 000017
【０１２２】
このように、時間に係わる微分を、差分方程式を利用して変形することによって、マクスウェル方程式を、数式１４及び数式１５に変形する。今後、空間に対する微分を解くために空間を離散化させ、離散化された各地点で、電場の強度及び磁場の強度を求める。一方、電磁場で電場の強度を計算する点と、磁場の強度を計算する点は、離散的に配置されるということに留意する。
【０１２３】
空間に対する微分は、ｘ，ｙ，ｚ成分である（ｉ，ｊ，ｋ）に対する微分を、それぞれ差分方程式に置換することによって計算される。すなわち、電場及び磁場に対する空間微分を書き替えれば、数式１６及び数式１７と表現される。
【０１２４】
【数１６】
2013007746.tif 000018
【数１７】
2013007746.tif 000019
【０１２５】
また、数式１６を利用すれば、数式１４のｚ成分は、以下の数式１８になる。
【０１２６】
【数１８】
2013007746.tif 000020
【０１２７】
一方、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の間隔を△ｘ、△ｙ、△ｚとし、（ｉ＋１／２，ｊ＋１／２，ｋ）の位置にある磁場計算点に係わる数式１８は、電場強度Ｅのｘ成分とｙ成分との微分を、それぞれ差分方程式に変換させることによって、次の数式１９となる。
【０１２８】
【数１９】
2013007746.tif 000021
【０１２９】
数式１９と同一の原理によって、（ｉ＋１／２，ｊ，ｋ＋１／２）の位置にある磁場計算点についての数式１４のｙ成分は、以下の数式２０になる。
【０１３０】
【数２０】
2013007746.tif 000022
【０１３１】
また、（ｉ，ｊ＋１／２，ｋ＋１／２）の位置にある磁場計算点についての数式１４のｘ成分は、以下の数式２１になる。
【０１３２】
【数２１】
2013007746.tif 000023
【０１３３】
ＦＤＴＤ法では、前記数式１９ないし数式２１の３個の展開式のうちいずれかによって、磁場計算点に係わる各時刻での磁場強度Ｈが計算される。
【０１３４】
一方、数式１７を利用すれば、数式１５のｘ成分は、数式２２となる。
【０１３５】
【数２２】
2013007746.tif 000024
【０１３６】
そして、（ｉ＋１／２，ｊ，ｋ）の位置にある電場計算点に係わる関する数式２２は、磁場の強度Ｈのｙ成分とｚ成分との微分を、それぞれ差分方程式に変換することによって、数式２３になる。
【０１３７】
【数２３】
2013007746.tif 000025
【０１３８】
数式２３と同一の論理によって、（ｉ，ｊ＋１／２，ｋ）の位置にある電場計算点に係わる数式１５のｙ成分は、以下の数式２４になる。
【０１３９】
【数２４】
2013007746.tif 000026
【０１４０】
また、（ｉ，ｊ，ｋ＋１／２）の位置にある電場計算点についての数式１５のｚ成分は、以下の数式２５になる。
【０１４１】
【数２５】
2013007746.tif 000027
【０１４２】
ＦＤＴＤ法で、数式２３ないし数式２５の３個の展開式のうちいずれかによって、電場計算点に係わる各時刻での電場強度Ｅが計算される。
【０１４３】
参考までに、ＢＰＭの場合は、電場または磁場の時間に対する無変化を仮定するので、前述の時間微分に係わる部分を考慮する必要がない。また、ＢＰＭの方法の一種であるＦＦＴ−ＢＰＭの場合は、各グリッド面で、高速フーリエ変換を介して、周波数領域での計算を行って逆変換することによって、さらに速かに電場に係わる計算を行うことが可能である。
【０１４４】
本実施形態の電磁波解析装置は、ＣＩＳの構造について、金属が存在する部分と、存在しない部分とを区別し、前述のＦＤＴＤ法とＢＰＭとを選択的に適用することによって、ＣＩＳに対する電磁波解析を速かに行いつつも、正確な解析を行うことが可能である。
【０１４５】
前述の解析対象の光学装置として、ＣＩＳをもって説明したが、本実施形態の電磁波解析装置は、数μｍサイズのＣＩＳに限定されるものではなく、光が内部に入射されるあらゆる光学素子または光学装置に対する電磁波解析が可能である。例えば、数百μｍ間を有する光インターコネクタ（ＯＩ）装置や太陽電池（solar cell）に対しても、正確であって迅速な電磁波解析を行うことが可能である。また、光変調素子、受光素子、発光素子、光ファイバ、光導波路、光カップラ、光導波干渉計のような光通信に利用される光素子または光学装置、またフォトダイオード自体や、光結晶構造、マスクのような光素子に対しても、本実施形態の電磁波解析装置を介して、迅速であって正確な電磁波解析が可能である。
【０１４６】
図１１Ａは、本発明の一実施形態による電磁波解析方法を概略的に示すフローチャートである。
【０１４７】
図１１Ａを参照すれば、まず、構造形成シミュレーション装置１００（図１）で、解析対象素子に対する解析構造を形成する（Ｓ１００）。前述のように、解析構造は、実際的な物質構造ではない三次元仮想空間での当該光学素子の特性を反映させて形成した三次元シミュレーション構造であってもよい。それにより、解析構造には、光学素子の形態についての情報だけではなく、解析領域についての情報や、各部分の物質に係わる屈折率などの情報も共に含まれもする。
【０１４８】
次に、ハイブリッド光シミュレーション装置２００（図１）が、構造形成シミュレーション装置１００（図１）から解析構造を入力され、解析構造についての電場に係わる時間依存データ及び時間非依存データを計算する（Ｓ２００）。ここで、電場に係わる時間依存データ及び時間非依存データを計算するという意味は、結局、解析構造について、ＢＰＭを介して電場に係わる時間非依存データを計算し、また、解析構造について、ＦＤＴＤ法を介して電場に係わる時間依存データを計算するという意味である。一方、ＢＰＭは、解析構造の誘電体部分に適用され、ＦＤＴＤ法は、金属物質または磁気物質が含まれた部分に適用される。
【０１４９】
以後、電場に係わる時間依存データ及び時間非依存データは、複合電場データとして、保存装置３００（図１）に保存される（Ｓ３００）。一方、複合電場データは、電場に係わる時間依存データ及び時間非依存データのうちいずれか一つだけを含みもする。一方、複合電場データは、構造形成シミュレーション装置が解析構造を変換するのに利用される。
【０１５０】
図１１Ｂは、本発明の一実施形態による電磁波解析方法を概略的に示すフローチャートである。
【０１５１】
図１１Ｂを参照すれば、図１１ＡのＳ１００段階で説明したような分析構造は、形成される必要がない。分析構造は、他の分析ツールを利用して提供される。ＦＤＴＤを含んだ時間依存電磁波分析技術のような第１電磁波分析技術が、分析される物理的対象内の金属物質または磁気物質に対して行われる（Ｓ４００）。例えば、分析構造内の金属物質または磁気物質を示すものに対して、ＦＤＴＤを行う。ＢＰＭを含む時間非依存電磁波分析技術である第２電磁波分析技術が、分析される物理的対象内の非金属または非磁気物質に対して行われる（Ｓ５００）。例えば、分析構造内で非金属または非磁気物質を示すものに対して、ＢＰＭを行う。第１電磁波分析技術（Ｓ４００）と第２電磁波分析技術（Ｓ５００）との結果が合わせられ、それによって、いくつかの実施形態で説明したように、前記物理的対象によって生じた電磁波を分析する（Ｓ６００）。Ｓ４００、Ｓ５００及び／またはＳ６００の段階は、データプロセッサで行われる。例えば、前述のようなハイブリッド光シミュレータで行われる。また結果は、図１１ＡのＳ３００段階で説明したように保存されもする。
【０１５２】
図１２は、本発明の一実施形態による電磁波解析方法に係わる過程を、図１の電磁波解析装置と並行して示すフローチャートである。
【０１５３】
図１２を参照すれば、まず、構造形成シミュレーション装置１００（図１）から、形成された解析構造が入力される（Ｓ２１０）。ここで、解析構造は、前述のように、解析対象になる光学素子全体に対する解析構造でもあるが、光学素子の一部分に係わる解析構造でもある。
【０１５４】
入力された解析構造に基づいて、光源設定部で光源発生を設定する（Ｓ２１５）。光源発生設定は、光に係わる入射角、偏光、波長、強度などを、解析構造によって適切に設定することを意味する。
【０１５５】
光源発生設定後、解析構造に係わるＢＰＭグリッド（ｘｌ，ｙｍ，ｚｎ）を形成する（Ｓ２２０）。ＢＰＭグリッドは、ＢＰＭシミュレーション部２３０（図２）で形成し、ＢＰＭグリッドの各方向の間隔は、２０ｎｍほどに設定することができる。しかし、間隔がそれに限定されるものではない。一方、ｚ方向に光の進行方向を定義し、ｚ方向への各グリッド面について、インデックスｋを変数として設定することができる。ｋ＝０である初期面（ｚ０）は、光、すなわち、電場が発生する面であってもよい。
【０１５６】
ＢＰＭグリッド形成後、初期面（ｚ０）で電場を発生させる（Ｓ２２５）。生じた電場は、前述のように、ｚ方向に進むと仮定する。一般的に電場は、ｘ，ｙ，ｚ軸方向に三次元的に進むが、解析の目的上、ｚ方向に進む平面波として電場を発生させるとする。電場が発生する初期面（ｚ０）は、解析構造で所定位置離れたところに位置することができる。
【０１５７】
インデックスｋに１を代入する（Ｓ２３０）。すなわち、多数のＢＰＭグリッド面のうち第１グリッド面を選択する。第１グリッド面は、解析構造に最も隣接したグリッド面であってもよい。以下、単にグリッド面といえば、ＢＰＭグリッド面を指す。
【０１５８】
次に、第ｋグリッド面が、金属物質または磁気物質を含むか否かを判断する（Ｓ２３５）。例えば、ｋが１である場合、第１グリッド面が、金属物質または磁気物質を含むか否かを判断する。金属物質または磁気物質の包含いかんは、屈折率によって判断することができる。しかし、金属物質または磁気物質の包含いかんが、屈折率による判断に限定される限りではない。
【０１５９】
第ｋグリッド面が、金属物質または磁気物質を含まない場合（いいえ）、第ｋグリッド面に対して、ＢＰＭを介して電場を計算する（Ｓ２５０）。前述のように、ＢＰＭを介して計算された電場データは、時間非依存データである。
【０１６０】
第ｋグリッド面での電場計算が終われば、第ｋグリッド面に係わる電場データを保存する（Ｓ２６０）。電場データは、ハイブリッド光シミュレーション装置内の臨時保存装置２６０（図３）に保存されるか、あるいは保存装置３００に保存されもする。
【０１６１】
第ｋグリッド面が、解析構造の終わりであるか否かを判断する（Ｓ２７０）。解析構造の終わりであるか否かの判断は、最初のＢＰＭグリッド形成時に、解析構造の終わりに該当するインデックス番号を確認して判断することができる。例えば、解析構造の終わりに該当するグリッド面のインデックスがｎである場合、ｋとｎとを比較して、解析構造の終わりを判断することになる。
【０１６２】
解析構造の終わりの場合（はい）には、解析を終了し、解析構造の終わりではない場合（いいえ）は、ｋを１増加させる（Ｓ２７５）。ｋの１増加後、金属物質または磁気物質の包含いかん判断段階（Ｓ２３５）に進む。
【０１６３】
一方、前述の金属物質または磁気物質の包含いかん判断段階（Ｓ２３５）で、第ｋグリッド面に金属物質または磁気物質が含まれた場合（はい）、第ｋグリッド面に対して、ＦＤＴＤグリッドを形成する（Ｓ２４０）。ＦＤＴＤグリッドは、ＢＰＭグリッドより間隔が狭い。例えば、ＦＤＴＤグリッドの間隔は、数ｎｍであってもよい。しかし、ＦＤＴＤグリッド間隔も、解析構造によって、ユーザが適切に設定することができるということは言うまでもない。便宜上、ＦＤＴＤグリッドも、ｚ方向に沿って、ＦＤＴＤグリッド面が定義される。
【０１６４】
第ｋグリッド面に対して、ＦＤＴＤ法によって電場データが計算される（Ｓ２４５）。ＦＤＴＤ法による電場データは、時間依存データであってもよい。一方、ＦＤＴＤ法は、前述のように、電場データ及び磁場データが共に計算される。一方、ＦＤＴＤ法による電場データは、第ｋグリッド面について形成されたあらゆるＦＤＴＤグリッド面で計算される。
【０１６５】
第ｋグリッド面について計算された、ＦＤＴＤ法による電場データが、時間依存データとして保存される（Ｓ２６０）。ＦＤＴＤ法による電場データも、臨時保存装置２６０（図３）に保存されるか、あるいは保存装置３００に保存されもする。一方、ＦＤＴＤ法によって計算された磁場データは、解析構造で大きく必要なものではないので、磁場データは削除され、電場データだけ時間依存データとして保存装置に保存されもする。
【０１６６】
時間依存データ保存後、第ｋグリッド面が解析構造の終わりであるか否かを判断する（Ｓ２７０）。解析構造の終わりである場合（はい）には、解析を終了し、解析構造の終わりではない場合（いいえ）は、ｋを１増加させる（Ｓ２７５）。ｋの１増加後、金属物質または磁気物質の包含いかん判断段階（Ｓ２３５）に進む。
【０１６７】
本実施形態の電磁波解析方法は、金属物質または磁気物質の包含いかんによって、ＢＰＭ及びＦＤＴＤ法を選択的に使用して電場を解析することによって、対象光学素子に対する迅速であって正確な電磁波解析が可能である。例えば、ＦＤＴＤだけを使用して解析した結果と比較し、ほぼ９０％以上の正確度を確保することができ、また速度面でも、ＦＤＴＤだけを使用した方法より、数倍ないし数十倍以上速く結果を導き出すことができる。実際、ＣＩＳに対して、ＦＤＴＤだけを使用した電磁波解析に比べ、本願の電磁波解析方法を適用した結果、２０倍ないし７０倍のどの迅速な解析が行われるということを確認することができた。さらに、本実施形態の電磁波解析方法は、別途の光学構造、すなわち、解析構造を別途に設定する必要なしに、ＢＰＭまたはＦＤＴＤ法を適用するための解析構造をそのまま適用することができる。そのＢＰＭ及びＦＤＴＤ法を複合的に利用することによって、誘電体だけを含む光学素子だけではなく、金属を含む光学素子に対しても迅速であって正確な電磁波解析が可能である。
【０１６８】
図１３ないし図２０は、図１２の各過程を、解析対象であるＣＩＳと関連して示す斜視図及び写真である。
【０１６９】
図１３は、解析構造入力段階（Ｓ２３５）に対応する図面であり、ＣＩＳ ５００の解析領域について、三次元的に形成された解析構造を示している。上部から、マイクロレンズ５４０、フィルタ層５３０、配線層５２０及びフォトダイオード領域５１０が配置されていることが確認される。一方、配線層５２０の中間の黒い帯は、上部金属配線５２６である。
【０１７０】
図１４は、光源発生設定段階（Ｓ２１５）に対応する図面であり、光に係わる入射角（incident）、方位角（azimuthal）、偏光（polarization）を概念的に示している。もちろん、光源発生設定段階では、光の方向や偏光だけではなく、光の波長や光の強度も、設定されることは言うまでもない。
【０１７１】
図１５は、ＢＰＭグリッド形成段階（Ｓ２２０）に対応する図面であり、ＣＩＳに係わる解析構造について、非常に稠密にグリッドが形成されるところが確認される。ＢＰＭグリッドは、２０ｎｍ間隔で形成される。もちろん、解析対象になる素子の解析構造によって、ＢＰＭグリッドの間隔は変わりうるということは言うまでもない。ＢＰＭグリッドは、等間隔で形成され、または非等間隔で形成されもする。図示されているように、本実施形態では、配線層やフィルタ部分は、狭い間隔で等間隔のグリッドが形成され、フォトダイオード領域は、広い間隔で沸騰間隔のグリッドが形成される。
【０１７２】
図１６は、初期面で電場を発生させる段階（Ｓ２２５）に対応する図面であり、初期面ｚ０で光を発生させる。ここで、光を発生させるという意味は、実質的な光を生成するという概念ではない、ｚ方向に進む平面波として、前述の光源設定段階で設定された光の特性を有する電場を概念的に生成するという概念である。
【０１７３】
光が発生する初期面ｚ０は、図示されているように、解析構造、例えば、マイクロレンズ５４０から所定距離離れたところに位置しうる。一方、多数のＢＰＭグリッドのうち、第１グリッド面は、マイクロレンズ５４０から所定距離離れた位置Ａのグリッド面でもあり、またはマイクロレンズ５４０にすぐに隣接した位置Ｂのグリッド面であってもよい。一般的に、第１グリッド面は、解析構造から所定距離離れた位置に設定されるが、解析構造と初期面ｚ０との間に真空のように特別な物質が存在しない場合には、解析構造に隣接して第１グリッド面が形成される。
【０１７４】
図１７は、第ｋグリッド面に対して、ＢＰＭを介して電場を計算する段階（Ｓ２５０）に対応するシミュレーション写真であり、第ｋ−１グリッド面及び第ｋグリッド面に、金属物質または磁気物質が含まれていない場合、第ｋ−１グリッド面（左側写真）に続いて、第ｋグリッド面（右側写真）で、ＢＰＭを介して計算された電場の分布を示している。ここで、下部の濃色部分は、まだ解析が進んでいない部分である。
【０１７５】
一方、右側及び左側のシミュレーション写真で、第ｋ−１グリッド面と第ｋグリッド面との隔が非常に大きく図示されているが、これは、理解の便宜を図ったものであり、一般的に、グリッド面間の間隔は、非常に狭いのである。本実施形態でＢＰＭ方法は、当該第ｋグリッド面で高速フーリエ変換を介して電場を解析する方法、すなわち、ＦＦＴ−ＢＰＭを介して電場を解析する。
【０１７６】
図１８Ａは、第ｋグリッド面に金属物質または磁気物質を含む場合、ＦＤＴＤグリッドを形成する段階（Ｓ２４５）に対応する図面であり、上部金属配線５２６が、第ｋグリッド面に属した場合、上部金属配線５２６に、非常に狭い間隔のＦＤＴＤグリッド（薄い実線）Ｆが形成されることが確認される。前述のように、ＦＤＴＤグリッド間隔は、ＢＰＭグリッド（太い実線）Ｂの間隔より狭い。例えば、ＢＰＭグリッドの間隔が２０ｎｍである場合、ＦＤＴＤグリッド間隔は、５ｎｍであってもよい。しかし、ＢＰＭグリッド間隔及びＦＤＴＤグリッド間隔が、前記数値に限定されるものではない。
【０１７７】
一方、図面で、ＦＤＴＤグリッドの最上部の面及びＢＰＭグリッド面が、上部金属配線５２６の表面と一致すると図示されたが、一致しないこともある。すなわち、ＢＰＭグリッド面が等間隔で形成されるとき、多数のＢＰＭグリッド面のうち、最初に金属を含むＢＰＭグリッド面は、金属表面ではない金属内部部分に位置しうる。ただし、解析の便宜のために、ＢＰＭグリッド面を等間隔ではないように形成することができ、それにより、最初に金属を含むＢＰＭグリッド面が、金属表面と一致するように、ＢＰＭグリッドが形成されもする。
【０１７８】
図１８Ａで、上部金属配線５２６にのみＦＤＴＤグリッドが形成され、下部金属配線５２４には、ＦＤＴＤグリッドが形成されていないように図示されているが、これは、下部金属配線５２４部分のＢＰＭグリッド面で、金属物質または磁気物質の包含いかんがまだ判断されていないためである。
【０１７９】
第ｋグリッド面が、金属物質または磁気物質を含み、それにより、ＦＤＴＤグリッドが形成されれば、各ＦＤＴＤグリッドに対して、ＦＤＴＤ法によって電場が計算される。
【０１８０】
図１８Ｂは、ＢＰＭグリッドとＦＤＴＤグリッドとをさらに拡大して示す断面図であり、右側方向がｚ方向を示す。図示されているように、最初に金属を含むＢＰＭグリッド面、すなわち、第ｋ＋１グリッド面（ｚｋ＋１）が金属表面と一致しないということが分かる。また、最後に金属部分を抜けたＢＰＭグリッド面、すなわち、第ｋ＋３グリッド面（ｚｋ＋３）も金属表面と一致しない。ここで、点線がＢＰＭグリッドを表し、実線がＦＤＴＤグリッドを示している。
【０１８１】
一方、図示されているように、ＦＤＴＤグリッドは、金属内部の部分にのみ形成されるものではなく、金属外部の部分にも形成される。かような金属外部部分のＦＤＴＤグリッドは、金属表面で反射または散乱する電場に係わるさらに正確な解析のために必要である。
【０１８２】
図１９は、第ｋグリッド面で、ＢＰＭまたはＦＤＴＤ法を介して計算された電場に係わる分布を示すシミュレーション写真である。第ｋグリッド面で、ＢＰＭまたはＦＤＴＤ法を介して計算された電場に係わるデータは、時間依存データまたは時間非依存データであり、保存装置または臨時保存装置に保存されもする。従って、本図面は、第ｋグリッド面について電場データを保存する段階（Ｓ２６０）に対応しうる。
【０１８３】
一方、本図面の第ｋグリッド面は、配線層５２０内の下部領域５２２ａ（図１０）、すなわち、誘電体層部分に位置し、それによって計算された電場は、ＢＰＭによる電場データであって、時間非依存データである。
【０１８４】
図２０は、ＣＩＳ解析領域全体に係わるＢＰＭまたはＦＤＴＤ法を介して計算された電場に係わる分布を示すシミュレーション写真である。すなわち、各グリッド面で計算されたＢＰＭによる電場に係わる時間非依存データ、及びＦＤＴＤ法による電場に係わる時間依存データがいずれも合わさり、解析構造の全体に係わる複合電場分布または複合電場データとして示されている。ここで、複合電場分布または複合電場データは、計算された電場に、時間非依存データ及び時間依存データが共に含まれるということを意味する。
【０１８５】
計算された複合電場分布または複合電場データを基にし、ＣＩＳ解析領域について、さまざまな光解析を行うことが可能である。例えば、基本的に、各部分で電場の強度に基づいて、光パワー密度（optical power density）及び吸収密度（absorption density）を計算することができ、また、正孔・正孔対生成性能を計算することもできる。一方、正孔・正孔対生成性能は、量子化効率（quantum efficiency）と呼ばれもする。
【０１８６】
一方、前述のように、各グリッド面で計算されたＢＰＭまたはＦＤＴＤ法による電場データは、保存装置３００にリアルタイムで順次に保存され、解析構造全体に係わる複合電場データを構成したり、または各グリッド面で計算されたＢＰＭまたはＦＤＴＤ法による電場データが、臨時保存装置２６０（図３）に保存されていて、解析構造全体に対する電場計算が終了すれば、保存装置３００に伝えられ、解析構造全体に係わる複合電場データとして保存されたりもする。
【０１８７】
図２１ないし図２４は、本発明の一実施形態による電磁波解析方法に係わる過程を示すフローチャートである。
【０１８８】
図２１は、本発明の一実施形態による電磁波解析方法に係わる過程を示すフローチャートであり、図１２の電磁波解析方法部分ですでに説明した内容については、簡略に説明または省略する。
【０１８９】
図２１を参照すれば、まず、構造形成シミュレーション装置１００（図１）から形成された解析構造が入力される（Ｓ３１０）。ここで、解析構造は、光学素子全体に係わる解析構造でもあり、または光学素子の一部分に係わる解析構造でもある。
【０１９０】
次に、入力された解析構造に基づいて、光源設定部で光源発生を設定する（Ｓ３２０）。光源発生設定は、光に係わる入射角、偏光、波長、強度などを解析構造によって適切に設定することを意味することは、前述の通りである。
【０１９１】
光源発生設定後、ＢＰＭモード、ＦＤＴＤモード及びハイブリッドモードのうちいずれのモードを使用するかを選択する（Ｓ３３０）。ここで、ＢＰＭモードは、ＢＰＭを専用使用するモードであり、ＦＤＴＤモードは、ＦＤＴＤ法を専用使用するモードであり、ハイブリッドモードは、ＢＰＭモードとＦＤＴＤモードとを複合的に使用するモードを意味する。
【０１９２】
例えば、金属を含まない光導波路のような光学素子の場合は、ＦＤＴＤ法を適用する必要がない。一方、光学素子のサイズが非常に小さく、内部の金属含有構造が複雑である場合や、解析領域全体に対して、正確な電磁波解析が要求される場合には、全体構造についてＦＤＴＤを適用せねばならない場合がある。
【０１９３】
従って、解析しようとする光学素子の特性によって、あらかじめＢＰＭを専用的に使用するか、あるいはＦＤＴＤ法を専用的に使用するかを判断して当該モードを選択し、全面的にハイブリッドモードを使用するによる時間的な損失を減らすことになる。例えば、ＢＰＭモードまたはＦＤＴＤモードを選択する場合には、各ＢＰＭグリッド面で、金属物質または磁気物質の包含いかん判断段階を省略することができる。
【０１９４】
モード選択段階（Ｓ３３０）で、ＢＰＭモードを選択した場合（１）、ＢＰＭグリッドを形成し（Ｓ３４０）、初期面で電場を発生させた後（Ｓ３５０）、各第ｋグリッド面に対してＢＰＭによる電場を計算して保存する（Ｓ３６０ないしＳ３９０）。
【０１９５】
一方、ＦＤＴＤモードを選択した場合（２）、ＦＤＴＤグリッドを形成し（Ｓ３４０ａ）、初期面で電場を発生させた後（Ｓ３５０ａ）、各第ｋグリッド面に対して、ＦＤＴＤによる電場を計算して保存する（Ｓ３６０ａないしＳ３９０ａ）。
【０１９６】
もしＢＰＭ及びＦＤＴＤ法いずれも使用するハイブリッドモードを選択した場合（３）は、図１２のＢＰＭグリッド形成段階（Ｓ２２０）に進み、図１２で説明したように、各第ｋグリッド面について、ＢＰＭ及びＦＤＴＤ法のうちいずれか一つを選択的に適用し、電場を計算して保存すればよい。
【０１９７】
一方、本実施形態で、モード選択段階（Ｓ３３０）を、光源発生設定段階（Ｓ３２０）以後に遂行したが、これに限られるものではなく、光源発生設定段階（Ｓ３２０）以前または構造入力段階（Ｓ３１０）以前に、専用使用いかん判断段階（Ｓ３３０）を遂行してもよい。すなわち、光源発生設定段階（Ｓ３２０）以前、または構造入力段階（Ｓ３１０）以前に、専用使用いかん判断段階（Ｓ３３０）を遂行し、その情報に基づいて、光源発生設定段階後に該当する過程（１，２，３）の段階に進めばよい。
【０１９８】
図２２は、本発明の一実施形態による電磁波解析方法に係わる変形例を示すフローチャートであり、やはり、図１２の電磁波解析方法部分ですでに説明した内容については、簡略に説明または省略する。
【０１９９】
図２２を参照すれば、解析構造が入力される段階（Ｓ３１０）以後、解析構造に対する構造複雑度を計算する（Ｓ３１５）。計算された複雑度は、あらゆる選択段階（Ｓ３３０）で利用可能である。構造複雑度を計算した後、光源発生を設定し（Ｓ３２０）、モード選択段階（Ｓ３３０）に進む。モード選択段階（Ｓ３３０）の動作は、図２１の部分で説明した通りである。
【０２００】
モード選択段階（Ｓ３３０）で、解析構造の複雑度によってモードを選択することもできる。しかし、それに限定されるものではなく、解析構造の複雑度、金属含有いかん、解析時間、分析の正確性いかんなどの多様な因子に基づいて、モードを選択することができることは言うまでもない。
【０２０１】
図２３は、本発明の一実施形態による電磁波解析方法に係わる変形例を示すフローチャートであり、やはり、図１２の電磁波解析方法部分ですでに説明した内容については、簡略に説明または省略する。
【０２０２】
図２３を参照すれば、ＢＰＭグリッドを形成する段階（Ｓ３４０）以後、ＦＤＴＤ法を使用するか否かを判断する（Ｓ３４５）。ＦＤＴＤ法を使用しない場合には、初期面で電場を発生させる段階（Ｓ３５０）に進み、もしＦＤＴＤ法を使用する場合、図１２の初期面ｚ０で電場を発生させる段階（Ｓ２２５）に進む。
【０２０３】
本実施形態では、ＢＰＭモードを基本的に使用するが、ＢＰＭグリッド形成後、ＦＤＴＤ使用判断段階（Ｓ３４５）で、ＦＤＴＤ法を使用するか否かを判断し、もし使用しない場合には、ＢＰＭだけを使用する。それにより、物質判断段階を省略することができるので、解析構造に対する迅速な電磁波解析が可能である。もちろん、ＦＤＴＤ法を使用する場合には、図１２で説明したような動作を介して、ＢＰＭまたはＦＤＴＤ法が選択的に使われ、解析構造に対する電磁波解析が行われる。
【０２０４】
図２４は、本発明の一実施形態による電磁波解析方法に係わる変形例を示すフローチャートであり、やはり、図１２の電磁波解析方法部分ですでに説明した内容については、簡略に説明または省略する。
【０２０５】
図２４を参照すれば、光源設定段階（Ｓ３２０）以後、解析構造を、ＢＰＭ部分とＦＤＴＤ部分とに分割する（Ｓ３３５）。すなわち、解析構造を、ＢＰＭだけを適用するＢＰＭ部分と、ＦＤＴＤ法だけを適用するＦＤＴＤ部分とに分割する。これは、前述の図７に係わる説明で、解析構造を各セクタに分割することに対応しうる。すなわち、誘電体だけ存在する部分である第１セクタがＢＰＭ部分に対応し、金属物質または磁気物質を含む第２セクタが、ＦＤＴＤ部分に対応しうる。
【０２０６】
解析構造分割後、ＢＰＭグリッドを形成する段階（Ｓ３４０）に進み、その後、ＢＰＭ部分についての情報ＤＢＰＭに基づいて、ＢＰＭ部分に対して、ＢＰＭを介して電磁波を分析する（Ｓ３４０ないしＳ３９０）。また、ＦＤＴＤグリッドを形成する段階（Ｓ３４０ａ）に進み、ＦＤＴＤ部分についての情報ＤＦＤＴＤに基づいて、ＦＤＴＤ部分に対して、ＦＤＴＤ法を介して電磁波を分析する（Ｓ３４０ａないしＳ３９０ａ）。
【０２０７】
本実施形態には、あらかじめ解析構造をＢＰＭ部分とＦＤＴＤ部分とに分け、それぞれＢＰＭとＦＤＴＤ法とを介して電場を計算することによって、各ＢＰＭグリッド面で、金属物質または磁気物質の包含如何を判断する必要がない。それにより、本実施形態の電磁波解析方法は、解析構造に対する迅速な電磁波解析を可能にする。
【０２０８】
以上、本発明について、図面に表示された実施形態を参考にして説明したが、それは例示的なものに過ぎず、本技術分野の当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解するであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まるものである。
【産業上の利用可能性】
【０２０９】
本発明の電磁波解析装置及びその解析方法は、例えば、光学素子関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【０２１０】
１００    構造形成シミュレーション装置
２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ  ハイブリッド光シミュレーション装置
２１０    受信部
２２０    光源設定部
２３０    ＢＰＭシミュレーション部
２３２    ＢＰＭグリッド形成部
２３４    ＢＰＭ計算部
２４０    ＦＤＴＤシミュレーション部
２４２    ＦＤＴＤグリッド形成部
２４４    ＦＤＴＤ計算部
２５０    金属判断部
２６０    臨時保存装置
２７０    モード選択部
２７５    構造複雑度決定部
２８０    ＦＤＴＤ使用決定部
２９０    セクタ情報部
３００    保存装置
４００    ユーザ・インターフェース
５００    ＣＩＳ
５１０    フォトダイオード領域
５２０    配線層
５２２    誘電体層
５２２ａ    配線層の下部領域
５２２ｂ    配線層の上部領域
５２４，５２６    配線ライン
５３０    フィルタ層
５４０    マイクロレンズ
６００    光源
【図１】
2013007746.tif 000028
【図２】
2013007746.tif 000029
【図３】
2013007746.tif 000030
【図４】
2013007746.tif 000031
【図５】
2013007746.tif 000032
【図６】
2013007746.tif 000033
【図７】
2013007746.tif 000034
【図８】
2013007746.tif 000035
【図９】
2013007746.tif 000036
【図１０】
2013007746.tif 000037
【図１１Ａ】
2013007746.tif 000038
【図１１Ｂ】
2013007746.tif 000039
【図１２】
2013007746.tif 000040
【図１４】
2013007746.tif 000041
【図２１】
2013007746.tif 000042
【図２２】
2013007746.tif 000043
【図２３】
2013007746.tif 000044
【図２４】
2013007746.tif 000045
【図１３】
2013007746.tif 000046
【図１５】
2013007746.tif 000047
【図１６】
2013007746.tif 000048
【図１７】
2013007746.tif 000049
【図１８Ａ】
2013007746.tif 000050
【図１８Ｂ】
2013007746.tif 000051
【図１９】
2013007746.tif 000052
【図２０】
2013007746.tif 000053